准同步预留请求.pdf

揭示了用于使用共享通信介质进行通信的方法和装置。在请求信号空间中发送请求，其中请求表示作为代码序列集的成员的代码序列。每个成员的特征是具有以零时间偏移为中心的峰值的自相关函数。每个成员进一步的特征是互相关函数。互相关函数包括具有宽度并围绕零时间偏移的低相关窗口。接收将请求分配给被调度的传输信号空间的传输机会的分配。分配是响应于从接收具有比低相关窗口的宽度更小的相对定时偏移的多个请求检测到代码序列而进行的。使用被调度的传输信号空间中的被分配的传输机会发送数据传输。

1.  一种用于使用共享通信介质进行通信的方法，包括：
在请求信号空间发送请求，所述请求表示了作为代码序列集的成员的代码序列，每个成员由具有以零时间偏移为中心的峰值的自相关函数表征，每个成员进一步由关于彼此成员定义的互相关函数表征，所述互相关函数包括具有宽度并围绕零时间偏移的低相关窗口；
接收将所述请求分配给被调度的传输信号空间中的传输机会的分配，所述分配是响应于从接收具有比所述低相关窗口的宽度更小的相对定时偏移的多个请求检测到所述代码序列而进行的；以及
使用所述被调度的传输信号空间中的被分配的传输机会发送数据传输。

2.  根据权利要求1所述的方法，其中所述代码序列集对应于广义正交代码集，其中如果所述相对定时偏移小于所述低相关窗口的所述宽度，则关于所述代码序列集的彼此成员的所述互相关函数是零。

3.  根据权利要求1所述的方法，其中所述代码序列集对应于广义准正交代码集，其中如果所述相对定时偏移小于所述低相关窗口的所述宽度，则关于所述代码序列集的彼此成员的所述互相关函数是小的。

4.  根据权利要求1所述的方法，其中所述低相关窗口的所述宽度由所述代码序列集中的所述代码序列的长度和成员数目确定。

5.  根据权利要求4所述的方法，其中选择所述代码序列集中的所述代码序列的所述长度和所述成员数目，使得所述多个请求的所述相对定时偏移小于所述低相关窗口的所述宽度。

6.  一种用于使用共享通信介质进行通信的方法，所述共享通信介质包括具有第一节点和第二节点的多个节点，所述方法包括：
在所述第二节点，在请求信号空间从所述第一节点接收请求，所述请求表示了作为代码序列集的成员的代码序列，每个成员由具有以零时间偏移为中心的峰值的自相关函数表征，每个成员进一步由关于彼此成员定义的互相关函数表征，所述互相关函数包括具有宽度并围绕零时间偏移的低相关窗口；
在所述第二节点，发送用于将所述请求分配给被调度的传输信号空间中的传输机会的分配，所述分配是响应于从接收具有比所述低相关窗口的宽度更小的相对定时偏移的多个请求检测到所述代码序列而进行的；以及
在所述第二节点，使用在所述被调度的传输信号空间的分配的传输机会接收数据传输。

7.  根据权利要求6所述的方法，其中所述代码序列集对应于广义正交代码集，其中如果所述相对定时偏移小于所述低相关窗口的所述宽度，则关于所述代码序列集的彼此成员的所述互相关函数是零。

8.  根据权利要求6所述的方法，其中所述代码序列集对应于广义准正交代码集，其中如果所述相对定时偏移小于所述低相关窗口的所述宽度，则关于所述代码序列集的彼此成员的所述互相关函数是小的。

9.  根据权利要求6所述的方法，其中所述低相关窗口的所述宽度由所述代码序列集中的所述代码序列的长度和成员数目确定。

10.  根据权利要求9所述的方法，其中选择所述代码序列集中的所述代码序列的所述长度和所述成员数目，使得所述多个请求的所述相对定时偏移小于所述低相关窗口的所述宽度。

11.  一种用于使用共享通信介质进行通信的装置，包括：
能够在请求信号空间发送请求的第一节点，所述请求表示了作为代码序列集的成员的代码序列，每个成员由具有以零时间偏移为中心的峰值的自相关函数表征，每个成员进一步由关于彼此成员定义的互相关函数表征，所述互相关函数包括具有宽度并围绕零时间偏移的低相关窗口；
其中所述第一节点能够接收将所述请求分配给被调度的传输信号空间中的传输机会的分配，所述分配是响应于从接收具有比所述低相关窗口的宽度更小的相对定时偏移的多个请求检测到所述代码序列而进行的；以及
其中所述第一节点能够使用所述被调度的传输信号空间中的被分配的传输机会发送数据传输。

12.  根据权利要求11所述的装置，其中所述代码序列集对应于广义正交代码集，其中如果所述相对定时偏移小于所述低相关窗口的所述宽度，则关于所述代码序列集的彼此成员的所述互相关函数是零。

13.  根据权利要求11所述的装置，其中所述代码序列集对应于广义准正交代码集，其中如果所述相对定时偏移小于所述低相关窗口的所述宽度，则关于所述代码序列集的彼此成员的所述互相关函数是小的。

14.  根据权利要求11所述的装置，其中所述低相关窗口的所述宽度由所述代码序列集中的所述代码序列的长度和成员数目确定。

15.  根据权利要求14所述的装置，其中选择所述代码序列集中的所述代码序列的所述长度和所述成员数目，使得所述多个请求的所述相对定时偏移小于所述低相关窗口的所述宽度。

16.  一种用于使用共享通信介质进行通信的装置，包括：
能够在请求信号空间从第一节点接收请求的第二节点，所述请求表示了作为代码序列集的成员的代码序列，每个成员由具有以零时间偏移为中心的峰值的自相关函数表征，每个成员进一步由关于彼此成员定义的互相关函数表征，所述互相关函数包括具有宽度并围绕零时间偏移的低相关窗口；
其中所述第二节点能够发送用于将所述请求分配给被调度的传输信号空间的传输机会的分配，所述分配是响应于从接收具有比所述低相关窗口的宽度更小的相对定时偏移的多个请求检测到所述代码序列而进行的；以及
其中所述第二节点能够使用在所述被调度的传输信号空间的分配的传输机会从所述第一节点接收数据传输。

17.  根据权利要求16所述的装置，其中所述代码序列集对应于广义正交代码集，其中如果所述相对定时偏移小于所述低相关窗口的所述宽度，则关于所述代码序列集的彼此成员的所述互相关函数是零。

18.  根据权利要求16所述的装置，其中所述代码序列集对应于广义准正交代码集，其中如果所述相对定时偏移小于所述低相关窗口的所述宽度，则关于所述代码序列集的彼此成员的所述互相关函数是小的。

19.  根据权利要求16所述的装置，其中所述低相关窗口的所述宽度由所述代码序列集中的所述代码序列的长度和成员数目确定。

20.  根据权利要求19所述的装置，其中选择所述代码序列集中的所述代码序列的所述长度和所述成员数目，使得所述多个请求的所述相对定时偏移小于所述低相关窗口的所述宽度。

准同步预留请求
相关申请的交叉引用
本申请基于35U.S.C.119(e)主张2007年6月11日提交的、发明名称为“Quasisynchronous Reservation Request”、代理人案卷号为017018-016800US、客户案号为VS-0266-US的美国临时申请第60/943,152号的优先权，通过参考其整体引入其内容。
背景技术
在许多应用中，都是在许多节点之间共享通信介质。节点之间彼此竞争以访问共享通信介质。在任何给定的时刻，可能存在期望通过共享通信介质传输数据的一个以上的节点。典型地，以方便各种节点访问共享通信介质的方式来设置系统。已经开发出各种类型的这样的多路访问系统(multiple accesssystem)。
一种类型的多路访问系统使用争用协议(contention protocol)。这些争用协议的例子包括本领域中公知的ALOHA协议和分段ALOHA协议。这里，各节点被允许在任意时间或任意的时间段通过共享通信介质自由地传输其数据。在使用集线器(hub)的系统中，各节点将其传输发送到集线器，该集线器随后再将该传输向所有的节点广播。在不具有集线器的系统中，各节点直接地将其传输向所有的节点广播。在上述任何一种情形下，每个节点都监听用于其自身的传输的信道并且尝试接收该传输。如果节点不能成功地接收其自身的传输内容，则节点可假定其传输内容出现了与另一传输内容的冲突，并且节点在等待了随机的时间后简单地重传其数据。以此方式，可允许冲突的发生并可由节点解决冲突。
另一种多路访问系统使用了载波监听协议(carrier sense protocol)。示例包括本领域中公知的持续载波监听多路访问(持续CSMA)和非持续载波监听多路访问(非持续CSMA)协议。通常，这些协议需要每个节点在传输操作之前都监听共享通信介质。仅当共享通信介质可用时才允许节点传输其数据。在持续CSMA中，当节点监听到共享通信介质不可用时，节点持续地监听共享通信介质并且尝试在介质变成可用时立即传输。在非持续CSMA中，当节点监听到共享通信介质不可用时，在节点尝试监听共享通信信道以获得传输机会之前，该节点会等待一段时间。尽管节点在传输之前首先监听，但是仍存在发生冲突的可能性。当介质可用时，两个或更多的节点可检测到可用性并且决定将要传输数据。已经开发出各种技术来处理这样的冲突。
另一种多路访问系统使用了无争用协议(contention free protocol)。这里，各节点都预留共享通信介质以便传输数据。节点可传输数据而不会与其他节点的传输发生冲突。这是因为例如在特定的持续时间内，只为某节点的传输而不为其他节点的传输预留共享通信介质。无争用协议的显著优点在于，彼此之间相冲突的不成功传输和由此导致的重传尝试不会占用通信介质。这会使得更加高效地使用共享通信介质，特别是在节点的数目和数据传输量增大的情况下。
利用无争用协议的有的系统将通信介质组织为请求信号空间和传输信号空间。请求信号空间可以被组织成为多个请求段。请求段通常指的是可以用于发送请求的请求信号空间的一部分。类似地，传输信号空间可以被组成成为多个被调度的传输段。被调度的传输段通常指的是可以用于发送数据传输的传输信号空间的一部分。在请求信号空间中进行在传输信号空间中传输数据的请求。被调度的传输段被分配给每个请求。在已经被准许传输的请求之后，节点在传输信号空间上传输数据。
在这样的系统中，可以基于时分复用(TDM)、频分复用(FDM)、码分复用(CDM)和/或其它复用技术将请求段组织在请求信号空间中。例如，当基于CDM组织请求段时，每个请求段对应于能够通过应用特定码字从请求信号空间提取的信道。通过利用CDM，请求段在时间上延伸并在频率上扩展。即，不需应用码分多址，可以将请求段限定在更短的时隙和更窄的频带。因而，请求的能量能够在更长的时隙和更宽的频度上扩散。这允许发射机使用更少的功率。特别地，该布置捕捉到在低负载因子请求信道中否则的话不使用的功率(在未占用的时隙和未占用的频带中的功率)。应用到请求段的CDM的使用能够显著地改进请求检测性能。
然而，基于码分复用组织请求段的系统经常要求节点之间的精确的时间同步以确保适当的请求检测性能。这能够增加系统的复杂性和成本。因而，为了完全利用采用了CDM请求段的无争用协议系统的优势，需要用于共享通信介质的预留的改进方法。
发明内容
本发明涉及一种使用共享通信介质用于通信的方法和装置。在请求信号空间发送请求，其中请求表示作为代码序列集的成员的代码序列。每个成员的特征是具有以零时间偏移(offset)为中心的峰值的自相关函数。每个成员进一步的特征是关于彼此成员定义的互相关函数。互相关函数包括具有宽度并围绕零时间偏移的低相关窗口。接收将请求分配给被调度的传输信号空间的传输机会的分配。分配是响应于从接收具有比低相关窗口的宽度更小的相对定时偏移的多个请求检测到代码序列而进行的。使用被调度的传输信号空间中的被分配的传输机会发送数据传输。
代码序列集可以对应于广义正交代码集，其中如果相对定时偏移小于低相关窗口的宽度，则关于代码序列集的彼此成员的互相关函数是零。
代码序列集可以对应于广义准正交代码集，其中如果相对定时偏移小于低相关窗口的宽度，则关于代码序列集的彼此成员的互相关函数是小的。
低相关窗口的宽度可以是代码序列集中的代码序列长度和成员数目的函数。
可以选择代码序列集中的代码序列长度和成员数目，从而多个请求的定时偏移小于低相关窗口的宽度。
本发明进一步涉及一种用于使用共享通信介质进行通信的方法和装置，所述共享通信介质包括具有第一节点和第二节点的多个节点。在第二节点处，在请求信号空间中从第一节点接收到请求。该请求表示作为代码序列集的成员的代码序列。每个成员的特征是具有以零时间偏移为中心的峰值的自相关函数。每个成员进一步的特征是关于彼此成员定义的互相关函数。互相关函数包括具有宽度并围绕零时间偏移的低相关窗口。在第二节点处，发送用于将请求分配给被调度的传输信号空间的传输机会的分配。分配是响应于从接收具有比低相关窗口的宽度更小的相对定时偏移的多个请求检测到所述代码序列而进行的。在第二节点处，使用在被调度的传输信号空间的分配的传输机会接收数据传输。
附图说明
图1示出了包括使用共享通信介质的调度器节点102和多个访问节点104、106、108和110的简化网络。
图2示出了在“无调度器模式”下的简化网络操作。
图3描绘了在1秒持续时间内对具有32Hz带宽的频率信道应用的时分复用方案。
图4描绘了在1秒持续时间内对具有32Hz带宽的频率信道应用的频分复用方案。
图5描绘了在1秒持续时间内对具有32Hz带宽的频率信道应用的小波分复用方案(wavelet-division multiplexing scheme)。
图6是说明性的信号图，示出了用来以使用CDM请求段来划分请求信号空间和被调度的传输空间的时分复用。
图7是说明性的信号图，示出了用来以时分复用请求段来划分请求信号空间和被调度的传输信号空间的时分复用以及分离请求信号空间和被调度的传输信号空间的保护区。
图8是用于32码片Walsh CDMA代码集中的32个码字中每个码字的自相关值的图。
图9是32码片Walsh CDMA代码集中的32个码字中每个码字之间的最大互相关值的图。
图10是对于具有准时(on-time)性能的64个不同码字的64码片WalshCDMA代码集在不同噪音水平下预期的包络检测器性能的图。
图11是对于具有+/-0.5码片的时间误差的64个不同码字的64码片Walsh CDMA代码集在不同噪音水平下预期的包络检测器性能的图。
图12描绘了具有31个不同的可能码字的31码片Gold CDMA代码子集。
图13是根据本发明实施例的用于31码片Gold CDMA代码子集中的31个码字中每个码字的自相关值的图。
图14是根据本发明实施例的用于31码片Gold CDMA代码子集中的31个码字中每个码字之间的最大互相关值的图。
图15是根据本发明实施例的对于具有准时性能的63个不同码字的63码片Gold CDMA代码子集在不同噪音水平下预期的包络检测器性能的图。
图16是根据本发明实施例的对于具有+/-0.5码片的时间误差的63个不同码字的63码片Gold CDMA代码子集在不同噪音水平下预期的包络检测器性能的图。
图17是根据本发明实施例的对于具有+/-1.5码片的时间误差的63个不同码字的63码片Gold CDMA代码子集在不同噪音水平下预期的包络检测器性能的图。
图18描绘了具有16个不同的可能的码字的67码片LS CDMA代码集。
图19是根据本发明实施例的用于67码片LS CDMA代码集中的16个码字中每个码字的自相关值的图。
图20是根据本发明实施例的用于67码片LS CDMA代码集中的16个码字中每个码字之间的最大互相关值的图。
图21是根据本发明实施例的对于具有准时性能的32个不同码字的65码片LS CDMA代码集在不同噪音水平下预期的包络检测器性能的图。
图22是根据本发明实施例的对于具有+/-0.5码片的时间误差的32个不同码字的65码片LS CDMA代码集在不同噪音水平下预期的包络检测器性能的图。
图23是根据本发明实施例的对于具有准时性能的32个不同码字的131码片LS CDMA代码集在不同噪音水平下预期的包络检测器性能的图。
图24是根据本发明实施例的对于具有+/-1.5码片的时间误差的32个不同码字的131码片LS CDMA代码集在不同噪音水平下预期的包络检测器性能的图。
图25是根据本发明实施例的对于32个不同码字的131码片LS CDMA代码集在不同时间误差下的预期的包络检测器性能的图。
图26描绘了具有16个不同的可能码字的64码片Sparse Walsh CDMA代码集。
图27是根据本发明实施例的对于64码片Sparse Walsh CDMA代码集中的16个码字的每个码字的自相关值的图。
图28是根据本发明实施例的在64码片Sparse Walsh CDMA代码集中的16个码字的每个码字之间的最大互相关值的图。
具体实施方式
本发明涉及在包括多个节点的共享通信介质上执行的通信。本发明尤其涉及被使用来请求用于被调度的传输的机会的技术。
图1示出了包括使用共享通信介质的调度器节点102和多个访问节点104、106、108和110的简化网络。该配置对应于这里被称为“调度模式”的操作模式，这将会作为说明性示例来描述。
参考图1，调度器节点102用来控制访问节点104、106、108和110对共享通信介质的使用。共享通信介质可代表由一个以上节点使用的任何通信介质。例如，共享通信介质可代表在一个或更多卫星信道上的信号空间。因此，访问节点和调度器节点可构成卫星网络的一部分。作为另一示例，共享通信介质可代表在一个或更多无线陆地信道(wireless terrestrial channel)上的信号空间。因此，访问节点和调度器节点可构成陆地无线网络的一部分。作为再一示例，共享通信介质可代表在一个或更多有线信道上的信号空间。因此，访问节点和调度器节点可构成有线网络的一部分。
进一步，还可以在包括共享通信介质的不同网络拓扑结构中实施本发明的实施例。这些拓扑结构包括星形拓扑结构、网状拓扑结构、总线拓扑结构等。
调度器节点102提供对访问节点104、106、108和110访问共享通信介质的控制。为了通过共享通信介质传输数据，诸如访问节点104、106、108和110等访问节点首先向调度器节点102发送请求。作为响应，调度器节点102向访问节点分配用于数据传输的机会。调度器节点102向访问节点发送与该分配相关的分配消息。在接收到分配时，发出请求的访问节点可按所分配的传输机会来传输数据。这种请求、指定和传输的大体方案在本发明的各实施例中使用。然而，本发明的其他实施例可包括变化和不同的操作。
图2表示在“无调度器模式”下操作的简化网络。示出了利用共享通信介质的多个访问节点204、206、208和210。代替依靠调度器节点来接收请求并确定被调度的传输段的正确分配，每个访问节点204、206、208和210独立地确定对被调度的传输段的正确分配。这里，假设所有访问节点都遵从该相同的规则来确定分配，并且所有的访问节点都能检测到所有请求。如果是这样的情况，则能在每个访问节点产生对被调度的传输段的相同分配。也就是，每个访问节点能独立地产生相同的分配。这样，可以不需要专用的调度器节点。同样，也可以不需要发送分配消息。每个访问节点自己能在本地确定正确分配。因此，可以不需要提供反馈信号空间来发送任何分配消息。
下面根据其他另一个实施例来描述“混合模式”。返回图1，在该模式下，每个访问节点，例如104、106、108和110同时(1)从例如102的调度器节点接收分配消息，和(2)从其他访问节点接收请求。这里，每个访问节点基于从其他节点接收的请求来独立地确定被调度的传输段的正确分配。然而，在做出确定的过程中，访问节点也考虑从调度器节点接收到的分配消息。通过利用两个信息源，每个访问节点可以关于被调度的传输段的正确分配做出更鲁棒的确定。
根据另一个实施例，系统可以包含在不同分配模式下操作的访问节点的混合体。系统中的一些访问节点可以在“调度器模式”下操作。系统中的一些访问节点可以在如上所述的“无调度器模式”下操作。最后，系统中的一些访问节点可以在如上所述的“混合模式”下操作。
符号
通常，数据传输的基本单元在这里被称为“符号”。可将符号定义为具有多个可能的值中的一个值。例如，二进制符号可以具有两个可能的值(诸如“0”和“1”)中的一个。因此，N个二进制符号的序列可传达2^N个可能的消息。更通常的，M进制符号可具有M个可能的值。因此，N个M进制符号的序列可传达M^N个可能的消息。
符号和可被符号用于假定值的方法的概念是十分普遍的。在许多应用中，符号与定义的基带脉冲形状以及特定振幅相关联，该定义的基带脉冲形状被上变频成与载波有特定脉冲关系的载波频率。符号的振幅和/或相位被称为调制并且承载有符号的信息。在振幅和相位平面中定义的一组可允许的调制点被称为调制星座图(modulation constellation)。符号所传达的信息量与星座图中的离散点的数目相关。16-QAM是允许每个符号传输达4比特信息的振幅-相位星座图的示例。在某些应用中，仅将相位用于调制。四相相移键控(QPSK)是允许每个符号传输达2比特信息的纯相位调制的示例。在其他应用中，可将符号波形定义为符号相位可以不存在或是很难被准确地接收，在此情况下可以使用纯振幅调制。二进制振幅调制的一个示例是允许每个符号传输达1比特信息的开关振幅键控调制(on-off amplitude-shift keying)。
各符号都占据相关信号空间的特定部分。具体的，各符号可以被说成占据特定量的“时间-带宽积”(time-bandwidth product)。这里，时间-带宽积的量是可在赫兹-秒的单位下测量得到的纯量(scalar quantity)并且不必指示信号在信号空间上是如何分布的。理论上，符号不能被严格限制在时间和频率二者上。然而，通常将信号的时间-带宽积限定为占优势的信号能量所驻留的区域内的时间-带宽积。由于时间-带宽积的准确定义在文献中是变化的，因此在时间-频率空间内示出符号边界的图示应该仅被理解为近似的表达。
作为简化示例，跨1Hz的带宽并且持续1秒持续时间的信号具有1Hz-秒的时间-带宽积。跨0.5Hz的带宽并且持续2秒持续时间的信号也可具有1Hz-秒的时间-带宽积。类似的，跨0.1Hz的带宽并且持续10秒持续时间的信号也可具有1Hz-秒的时间-带宽积。这些示例并未假设信号空间的复用，这将会在下面分别讨论。同样，这里所描述的这些示例和其他示例中使用的特定值都仅是为了说明的目的。在实际系统中还可使用不同的值。
当使用不同的信号空间复用技术时，还可应用根据时间-带宽积量对符号的测量。这样的技术包括时分复用、频分复用、小波分复用、码分复用等。在下面给出的四个示例的每一个中，即便使用了不同的信号空间复用技术，但符号都占据1Hz-秒的时间-带宽积。
在第一示例中，图3描绘了在1秒持续时间内对具有32Hz带宽的频率信道应用的时分复用方案300。信道被分割成32个时隙，每个时隙都具有1/32秒的持续时间。可以在32Hz带宽上在每个1/32秒的时隙内传输符号。在这个示例中，各符号都具有1Hz-秒的时间-带宽积。
在第二示例中，图4描绘了在1秒持续时间内对具有32Hz带宽的频率信道应用的频分复用方案400。信道被分割成32个不同的频率子信道，每个频率子信道都具有1Hz带宽。可以在1秒持续时间内在每个1Hz频率子信道上传输符号。在这个示例中，各符号也具有1Hz-秒的时间-带宽积。
在第三示例中，图5描绘了在1秒持续时间内对具有32Hz带宽的频率信道应用的小波分复用方案500。信道被分割成32个不同的时间和频率符号段。2个符号段具有1Hz带宽和1秒持续时间，2个其他符号段具有2Hz带宽和1/2秒持续时间，4个其他符号段具有4Hz带宽和1/4秒持续时间，8个其他符号段具有8Hz带宽和1/8秒持续时间，以及16个附加符号段具有16Hz带宽和1/16秒持续时间。在这个示例中，各符号同样都具有1Hz-秒的时间-带宽积。
在第四示例中，在1秒持续时间内对具有32Hz带宽的频率信道应用码分复用方案。对于这个示例，假定存在32个不同的可能的正交码字(code word)，每个码字都包括唯一的32码片二进制模式(32-chip binary pattern)。每个码字代表唯一的“码道”。为了在特定的码道上发送符号，使用符号值来调制与码道相关联的码字，并且发送所得到的信号。例如，在双相移相键控(BPSK)符号的示例中，通过简单地发送码字来发送具有值“1”的符号，并且通过发送反相版本(180度移相)的码字来发送具有值“0”的符号。使用32个不同的“码道”发送的32个符号是非干扰的，并且它们作为一组占据了时间-频率空间的1秒部分的公共32Hz。在这个示例中，各符号都具有1Hz-秒的有效时间-频率积。
符号级请求
返回参考图1，可以从诸如访问节点104、106、108和110等访问节点发送符号级请求。这里，符号级请求是指按照具有与符号的时间-带宽积相当的时间-带宽积的传输信号的形式发送的请求。
符号级请求的用途允许对可用信号空间的高效的利用。由于大小紧凑，符号级请求可能不具有足够的容量来承载大量的数据有效负荷。然而，可以选择在传输符号级请求的请求信号空间内的位置来传达信息。因此，请求信号空间内符号级请求的存在以及请求信号空间内符号级请求存在的位置可传达用来促进分配共享通信介质内的传输机会的重要信息。
请求信号空间和被调度的传输信号空间
由访问节点104、106、108和110所使用的共享通信介质可以被组织成请求信号空间和被调度的传输信号空间。仅作为示例，共享通信介质可以实现为允许从访问节点104、106、108和110向调度器节点102发送信号的卫星“返向链路”。
访问节点104、106、108和110可使用请求信号空间来发送请求-例如，符号级请求-以请求数据的被调度传输的机会。具体的，请求信号空间可以被组织成多个请求段。各请求段一般是指请求信号空间中用于发送请求的部分。
一旦被准许了传输请求，访问节点104、106、108和110可使用被调度的传输信号空间来传输数据。被调度的传输信号空间可以被组织成多个被调度的传输段。各个被调度的传输段一般是指被调度的传输信号空间中用于发送数据传输的部分。
可以基于各种复用技术来组织请求信号空间和被调度的传输信号空间。如此，各请求段在请求信号空间内具有不同的“位置”。例如，如果根据码分复用技术组织请求信号空间，则各请求段包括特定的码字并且被认为对应于请求信号空间内(码空间上)的不同位置。类似的，被调度的传输空间中的多个被调度的传输段可以表示基于应用到被调度的传输信号空间的一种或多种类型的复用技术而定义的分配。
此外，还可基于不同的复用技术来分隔请求信号空间和被调度的传输信号空间。在一个实施例中，使用了码分复用。例如，可以在公共持续时间和公共频率范围内定义请求信号空间和被调度的传输信号空间，但是使用不同的码字。本发明的其它实施例会涉及不同的组合和/或变化。
反馈信号空间
可以利用反馈信号空间来将分配消息从调度器节点102发送到访问节点104、106、108及110。在本发明的一些实施例中，反馈空间不是共享通信介质的一部分。继续卫星系统示例，可以将该反馈信号空间实现为允许从调度器节点102到访问节点104、106、108及110发送信号的卫星“前向链路”。卫星“前向链路”可以与前面提到的“返向链路”分离。
本发明广泛地覆盖被应用到请求信号空间和/或被调度的传输信号空间的复用技术的不同组合。在下面说明的附图中，呈现了这样的复用组合的多个示例。呈现下面说明的复用技术的各种组合是为了说明的目的，而不是旨在限制本发明的范围。
在下面的附图中，仅示出相关信号空间的有代表性的部分。例如，如果示出信号的四个帧，则应该理解，即使没有明确地说明，也可以使用更多的帧。而且，仅作为示例提供特定比例的各种信号空间设计。
使用CDM请求段划分TDM请求信号空间和被调度的传输信号空间
图6是说明性信号图，其中示出了时分复用(TDM)，该时分复用被应用于利用码分复用(CDM)请求段来划分请求信号空间和被调度的传输信号空间。该图示出了基于TDM结构的共享通信介质600的表示，该TDM结构包括请求信号空间和被调度的传输信号空间。在该图中没有明确示出反馈信号空间，但是也可以实施反馈信号空间。
图6所示的结构是基于顺序排序的帧。在该图中示出了以帧索引0到16标记的17个这样的帧。后面可以有额外的帧。每个帧具有总共456个符号的总长度。该总长度被划分为具有424个符号的长度的被调度的传输信号空间部分和具有32个符号的长度的请求信号空间部分。
为了便于说明，多个符号在该图中没有被各个示出。相反，示出了表示多个符号的框。在传输信号空间，每个短框表示8个被调度的传输符号。在请求信号空间，每个长框表示32码片的CDM请求间隔。尽管表示任何特定CDM码的各个码片的信号段可以和表示被调度的传输符号的信号段的设计相似，但任何特定代码的码片是以特定的码格式(例如32码片格式)链接，而被调度的传输符号可以被各个地调制。如图所示，图6示出了基于TDM的被调度的传输段和基于CDM的请求段。
更详细地，在该示例中，每个456个符号的帧支持1个被调度的传输段和32个请求段。该一个被调度的传输段包括该帧的前424个符号。32个请求段包括可以在该帧的剩余部分中传输的32个可能的码字。换句话说，帧的剩余部分是码分复用的并且被组织为32码片的请求间隔。
这里，示出32码片的Walsh CDMA代码。在该代码空间中，存在32个不同的可能码字，或者码字(“M”)，每个码字具有32码片的长度(“L”)。使用索引0到31来识别32个不同的可能的码字。图6示出32个码字的码片级细节。如同下面将会详细描述的，根据本发明可以使用其它类型和长度的代码。
一个或多个访问节点104、106、108、110能够在特定请求间隔发送一个或多个请求(每个请求都是32个可能码字之一的形式)。这在图6中进行了说明。在示出的例子中，在请求间隔发送两个请求。第一请求是根据码字13的信号扩展。第二请求是根据码字22的信号扩展。因而，在该示例中，码分复用允许请求间隔支持32个请求段，即代码时隙(code slot)。如图6所示，这些请求段中的两个被占用。剩余的30个请求段没有被占用。
调度器节点102通过将时隙与所有的预留请求代码相关来检测预留请求。作为响应，调度器节点102在反馈信号空间(未示出)广播分配消息。分配消息被广播到访问节点104、106、108和110以将所进行的分配通知给访问节点，从而每个访问节点可以正确地在分配的被调度的传输段中发送数据。
对于访问节点的身份，整个请求和分配处理以匿名的方式发生。因而，从访问节点发送的符号级请求没有明确地标识访问节点。例如，假设访问节点104发送包括码字13的符号级请求。该符号级请求仅是在请求符号空间中的特定代码位置传输的信号。该符号级请求没有明确地标识访问节点104。
类似地，对应的分配消息不将访问节点104明确地标识为分配消息的预期接收者。相反，分配消息仅宣布在帧0中和码字13对应的符号级请求已经被分配给特定被调度的传输段。所有的访问节点104、106、108和110接收广播分配消息。然而，仅访问节点104接受分配并且在由分配标识的被调度的传输段中发送数据传输。这是可能的，因为每个访问节点追踪自己在每个帧发送的符号级请求的代码空间中的位置。访问节点104将分配中标识的请求识别为自己的请求并且因而接受分配。其它访问节点106、108和110不将分配中标识的请求识别为自己的请求并且因而不接受分配。
使用CDM请求段划分TDM请求信号空间和被调度的传输信号空间以及用保护区分离请求信号空间和被调度的传输信号空间
图7是说明性信号图，其中示出了时分复用(TDM)，该时分复用被应用于利用CDM请求段来划分请求信号空间和被调度的传输信号空间，还示出了用于分离请求信号空间和被调度的传输信号空间的保护区。该图示出了基于TDM结构的共享通信介质700的表示，该TDM结构包括请求信号空间和被调度的传输信号空间。在该图中没有明确示出反馈信号空间，但是可以用和如前所述的相似的方式实施反馈信号空间。
图7所示的结构和图6的结构相似，不同之处在于在每个帧中插入了8个符号的保护区以分离被调度的传输信号空间和请求信号空间。该结构也是基于顺序排序的帧。在图中示出了以帧索引0到16标记的17个这样的帧。后面可以有额外的帧。在该示例中，每个帧具有总共472个符号的总长度。该总长度被划分为帧的四个部分：(1)具有8个符号的长度的保护区，(2)具有424个符号的长度的被调度的传输信号空间部分，(3)具有8个符号的长度的另一个保护区，和(4)具有32个码片的长度的请求信号空间部分。
为了便于说明，在该图中没有分别地示出多个符号。相反，示出了表示多个符号的框。在请求信号空间中，每个长框表示32码片的CDM请求间隔。对于保护区，每个短框表示8个保护符号。因而，图7示出了基于TDM的被调度的传输段和基于CDM的请求段。
再次，示出32码片Walsh CDMA代码作为例子。在该代码空间中，存在M＝32个不同的可能的码字，每个码字具有L＝32码片的长度。使用索引0到31来识别32个不同的可能的码字。图7示出32个码字的码片级细节。根据本发明可以使用其它类型和长度的代码。
一个或多个访问节点104、106、108、110能够在特定请求间隔发送一个或多个请求(每个请求都是32个可能码字之一的形式)。在示出的例子中，在请求间隔发送两个请求。第一请求是根据码字13的信号扩展。第二请求是根据码字22的信号扩展。因而，在该例子中，码分复用允许请求间隔支持32个请求段，即代码时隙(code slot)。如图7所示，这些请求段中的两个被占用。剩余的30个请求段没有被占用。
调度器节点102通过将时隙与所有的预留请求代码相关来检测预留请求。作为响应，调度器节点102在反馈信号空间(未示出)广播分配消息。分配消息被广播到访问节点104、106、108和110以将所进行的分配通知给访问节点，从而每个访问节点可以正确地在分配的被调度的传输段中发送数据。
在图7中，假设实施了其中节点没有被充分地时间同步的TDM系统，从而需要保护区来将被调度的传输符号和请求间隔分离。由于不充分的时间同步，接收到的不同的请求彼此之间可能存在时间偏差。结果，来自紧邻的被调度的传输符号的能量可能干扰并降低请求的适当接收和处理。通过插入保护区，降低了这样的侵犯的可能性，从而当节点没有在时间上充分同步时允许更好的性能。
准同步代码
使用如图7所示的保护区提供了当节点没有充分地在时间上同步时被调度的传输信号空间和请求信号空间之间的时间分离。然而，保护区不提供CDM代码空间中码字之间的分离。例如，如果CDM请求相对于接收节点没有精确地在时间上同步，则代码之间的偏时(off-time)相关峰值能够导致错误检测或丢失传输。
在代码空间中提供充分分离所需的时间同步要求比在相邻传输之间提供重叠所需的要求要更严格。例如，如上所述的8个符号保护区能够提供被调度的传输符号和请求间隔之间的时间上的足够分离。然而，CDM请求可以要求同步在符号或预留请求码片的小部分以保持代码之间的分离。根据本发明的实施例，通过选择设计用来当时间同步不精确时提供改进的请求检测性能的CDM代码集能够缓解这些严格的时间同步要求。这样的代码集通常被称为“准同步代码”。根据本发明，已经为准同步代码的设计开发了各种方法。
例如，一种用于准同步代码的设计的方法利用Gold代码。Gold代码被设计用于对所有的时间误差在代码之间具有低互相关。另一个方法利用广义正交代码。这些代码被构造为在时间误差范围内在代码之间具有零互相关。在其上代码具有零互相关的时间误差范围通常被称为零相关窗口。用于准同步代码的设计的第三种方法利用广义准正交代码。这些代码被设计为在时间误差范围在代码之间具有小的互相关。在时间误差范围的小的相关的量值由特定代码集定义。这些方法的每个都改进了当时间同步不精确时的检测性能。根据本发明可以使用提供改进的检测性能的其它代码。
本发明广泛地覆盖了应用到请求信号空间和/或被调度的传输信号空间的不同的准同步代码。在下述图中，示出了这样的准同步代码的多个例子。下述的各种准同步代码是用于说明的目的而不是意欲限制本发明的范围。
作为准同步代码的比较的同步Walsh代码
Walsh代码是当时间同步确切时通常使用的正交代码。由此，Walsh代码是同步代码而不是准同步代码。然而，这里检查Walsh代码性能以提供参考，准同步代码的性能能够与该参考相比较。
Walsh代码的构造在本领域是公知的。通常，使用Walsh函数计算Walsh代码，然后使用下述公式对于包含M＝2^k个代码的集循环地构造Walsh代码。
A₁＝1
Ak+1=Ak-AkAkAk]]>
图6和图7描绘了32码片Walsh CDMA代码集。在该代码空间中，存在M＝32个不同的可能码字，每个码字具有L＝32码片的长度。索引0至31用于识别32个不同的可能码字。
图8是在预留请求码片中测量的偏移范围内的32码片Walsh CDMA代码集中32个码字的每个码字的自相关值的图800。预留请求码片和符号名义上是相同的。图9是32码片Walsh CDMA代码集中32个码字的每个码字之间的最大互相关值的图900。图9示出了所有准时的互相关值都是零。然而，图9也示出了即使是从零或是准时的预留码片的小部分，偏时最大互相关值快速上升。
图10是对于具有准时或完美时间同步性能的64个不同码字的64码片Walsh CDMA代码集在不同噪音水平下预期的包络检测器性能的图1000。根据本发明的各个实施例，可以实施包络检测器用于检测在请求信号空间中发送的请求。这样的包络检测器的设计是本领域公知的。图10示出了多个性能曲线，在本领域公知为接收机操作特征(ROC)曲线。每个曲线代表对于特定噪声水平具有准时性能的64码片Walsh CDMA代码集的预期性能，用每个符号或码片的能量与噪声的比率(Es/No)表示。每个曲线证明了在(1)丢失检测的概率和(2)对于检测器的错误告警的概率之间对于特定噪声水平能够预期的折中。调节检测器的检测阈值将检测器的性能沿着曲线运动。在曲线上的任何点表示在丢失检测的概率和错误告警的概率之间的特定折中。
如图10所示，随时噪声水平增加，包络检测器的整体性能下降。另外，随着丢失检测的概率下降(在垂直轴上示出)，错误告警的概率增加(在水平轴上示出)。
图11是对于具有时间误差、或时间偏差或+/-0.5码片的64个不同码字的64码片Walsh CDMA代码集在不同噪音水平下预期的包络检测器性能的图1100。如图11所示，在时间偏移为+/-0.5码片时系统的性能下降。丢失检测的概率以及错误告警的概率在图10所示的准时性能曲线上上升。如图10和11所示，在代码间的小的偏移处Walsh代码性能显著下降。因而，如果相对时间误差超过预留请求码片的小部分，在利用CDM预留请求的系统中，Walsh代码不能提供时间同步要求的缓解。图8，9，10和11说明了Walsh代码的性能并且提供了下述准同步代码的性能与之比较的参考。
准同步Gold代码
Gold代码是比Walsh代码具有显著优秀的偏时性能的准正交代码。如前所述，Gold代码被构造为具有在所有的时间偏移上在代码之间具有低互相关。Gold代码的特定子集具有M＝(2^N-1)个码字，每个码字具有L＝(2^N-1)个码片长。作为示例，图12描绘了具有31个不同的可能码字的31码片GoldCDMA代码子集1200(N＝5)。索引0至30用于识别31个不同的可能码字。
Gold代码的构造在本领域是公知的。通常，Gold代码被构造为具有相同长度的两个不同的m序列的异或(或XOR)，其中一个代码是静止的，另一个代码移位一个码片以生成下一个代码(通常，将两个m序列本身加到集，产生总共(2^N+1)个码字。这些额外的码字在这里包含的示例中没有使用，因此参考Gold CDMA代码“子集”。)。
图13是根据本发明实施例的用于在预留请求码片中测量的偏移范围内的31码片Gold CDMA代码子集中的31个码字中每个码字的自相关值的图1300。图13示出了所有准时自相关值是1，所有偏时自相关总体上都小于图8所示的Walsh代码的偏时自相关值。
图14是根据本发明实施例的31码片Gold CDMA代码子集中的31个码字中每个码字之间的最大互相关值的图1400。图14示出了所有的准时互相关值都近似零。然而，与Walsh代码相同，即使是预留码片的一小部分偏离准时，偏时最大互相关值快速地增加。另外，偏时最大互相关值在量值上与偏时自相关值相似。
图15是根据本发明实施例的对于具有准时性能的63个不同码字的63码片Gold CDMA代码子集(N＝6)在不同噪音水平下预期的包络检测器性能的图1500。63码片Gold CDMA代码子集的准时性能类似于图10所示的64码片Walsh CDMA代码集的准时性能。
图16是根据本发明实施例的对于具有+/-0.5码片的时间误差的63个不同码字的63码片Gold CDMA代码子集在不同噪音水平下预期的包络检测器性能的图1600。如图16所示，系统的性能在+/-0.5码片的时间偏移处下降，尽管该下降比图10所示的64码片Walsh CDMA代码集的下降小。图17是根据本发明实施例的对于具有+/-1.5码片的时间误差的63个不同码字的63码片Gold CDMA代码子集在不同噪音水平下预期的包络检测器性能的图1700。比较图16和图17，显而易见随着偏移从+/-0.5码片增加到+/-1.5码片系统性能继续下降。与Walsh代码相似，图15、16、17示出了在代码间小的偏移处的Gold代码性能下降。因而，如果相对时间误差超过预留请求码片的小部分，在利用CDM预留请求的系统中，Gold代码不能提供时间同步要求的缓解。
LS代码
松散同步(“LS”)代码是在时间误差范围内具有零相关窗口的广义正交代码的例子。零相关窗口是零或准时与第一非零偏时互相关值之间的码片中的间距。零相关窗口提供时间误差范围，在该范围内代码之间的互相关是零。LS代码的构造在本领域是公知的。通常，使用Golay对作为开始值来递归地构造LS代码。使用零相关窗口构造代码集要求增加代码长度。LS代码是L＝(Z₀×M)+(Z₀-1)码片长，其中Z₀用于确定零相关窗口的大小，并且M是代码集中的不同码字的数目。零相关窗口以零或准时为中心，并且在每个方向延伸(Z₀-1)码片。例如，对于Z₀＝4，在偏移-3、-2、-1、+1、+2、+3的所有互相关值都是零。对于LS代码集，Z₀被限制为2的指数的值(Z₀＝2^k)。通过在每对长度为(Z₀×M)/2的二进制序列之间放置(Z₀-1)个空码片来构造LS代码。
作为示例，图18描绘了具有16个不同的可能的码字的67码片LS CDMA代码集(Z₀＝4)。索引0至15用于识别16个不同的可能码字。该代码集具有从零延伸+/-3码片的零相关窗口。
图19是根据本发明实施例的用于在预留请求码片中测量的偏移范围内的67码片LS CDMA代码集中的16个码字中每个码字的自相关值的图1900。图19示出了所有的准时自相关值都是1，所有的偏时自相关值在从准时的[1，...，(Z₀-1)]码片(零相关窗口的宽度)偏移处均为零。在零相关窗口中的确切码片次数之间的小值是平方根升余弦(SRRC)滤波的制品(artifact)。
图20是根据本发明实施例的67码片LS CDMA代码集中的16个码字中每个码字之间的最大互相关值的图2000。图20示出了所有的准时互相关值都是0，所有的偏时自相关值在零相关窗口内的偏移处都是零。再次，在零相关窗口中的确切码片次数之间的小值是平方根升余弦(SRRC)滤波的制品。
图21是根据本发明实施例的对于具有准时性能的32个不同码字的65码片LS CDMA代码集(Z₀＝2)在不同噪音水平下预期的包络检测器性能的图2100。65码片LS CDMA代码集的准时性能与图10所示的64码片WalshCDMA代码集的准时性能相似(注意与图10的-6.0至-2.0相比，图21中噪音水平Es/No从-7.0至-3.0)。
图22是根据本发明实施例的对于具有+/-0.5码片的时间误差的32个不同码字的65码片LS CDMA代码集在不同噪音水平下预期的包络检测器性能的图2200。除了+/-0.5码片偏移，图22仅示出了与准时性能相比大约1/3dB的小的性能下降。
图23是根据本发明实施例的对于具有准时性能的32个不同码字的131码片LS CDMA代码集(Z₀＝4)在不同噪音水平下预期的包络检测器性能的图2300。比起图10所示的64码片Walsh CDMA代码集，32个不同码字的131码片LS CDMA代码集的准时性能得到改善(注意与图10的-6.0至-2.0相比，图23中噪音水平Es/No从-7.0至-3.0)。
图24是根据本发明实施例的对于具有+/-1.5码片的时间误差的32个不同码字的131码片LS CDMA代码集在不同噪音水平下预期的包络检测器性能的图2400。该图示出了与准时性能相比，在性能上实际上没有下降。
图25是根据本发明实施例的对于32个不同码字的131码片LS CDMA代码集(Z₀＝4)在不同时间误差下在恒定噪音水平Es/No＝-5.0dB下的预期的包络检测器性能的图2500。零相关窗口的宽度是(Z₀-1)＝3。该图示出了与图23所示的-5.0dB的相同噪声水平下的准时性能相比，在零相关窗口(-3，-2，-1，+1，+2，+3)中的所有时间误差示出性能几乎没有降低。图25示出了对于零相关窗口(-5，-4，+4，+5)之外的时间误差，系统性能下降。
因而，根据本发明的实施例，LS代码用于缓解利用CDM预留请求的系统的时间同步要求。如果相对时间误差在零相关窗口之内，这样的代码允许CDM代码空间中代码之间的分离。
Sparse Walsh代码
作为另一个示例，Sparse Walsh代码是也具有在时间误差范围内的零相关窗口的广义正交代码。Sparse Walsh代码是L＝(Z₀×M)码片长，其中Z₀用于确定零相关窗口的大小，并且M是代码集中的不同码字的数目。零相关窗口以零或准时为中心，并且在每个方向延伸(Z₀-1)码片。然而，与Z₀被限制为2的指数的值的LS代码不同，在Sparse Walsh代码中，Z₀可以是任何整数值。通过在Walsh代码集的每个+/-1值之间放置(Z₀-1)个空码片来构造Sparse Walsh代码。由于Sparse Walsh代码包含更多的空码片，请求能量低于LS代码。
作为示例，图26描绘了具有16个不同的可能码字的64码片Sparse WalshCDMA代码集2600(Z₀＝4)。索引0至15用于识别16个不同的可能码字。该代码集具有从零延伸+/-3码片的零相关窗口。
图27是根据本发明实施例的对于在预留请求码片中测量的偏移范围内的64码片Sparse Walsh CDMA代码集中的16个码字的每个码字的自相关值的图2700。图27示出了所有的准时自相关值都是1，所有的偏时自相关值在零相关窗口内都是零。再次，在零相关窗口中的确切码片次数之间的小值是平方根升余弦滤波的制品。
图28是根据本发明实施例的在64码片Sparse Walsh CDMA代码集中的16个码字的每个码字之间的最大互相关值的图2800。图28示出了所有的准时互相关值都是0，并且在零相关窗口内的偏移处的所有的偏时互相关值都是零。再次，在零相关窗口中的确切码片次数之间的小值是平方根升余弦滤波的制品。
因而，如果相对时间误差在零相关窗口内，Sparse Walsh CDMA代码也用于提供缓解利用CDM预留请求的系统的时间同步要求。根据本发明也可以使用其它类型和长度的代码。作为示例，根据本发明有的实施例，被构造为具有在时间误差范围内具有小的互相关的广义准正交代码也可以用于提供缓解利用CDM预留请求的系统的时间同步要求。
尽管已根据特定实施例对本发明进行了描述，但对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的范围并不限于所描述的特定实施例。说明书和附图应被认为是说明性的，而非限制性的意图。然而，明显的是，在不脱离权利要求书中的发明的更广的精神和范围的情况下，可以进行增加、减少、置换和其他修改。