BRPI0922918B1 - método para detecção comprimida de sinais e método de comunicação sem fio - Google Patents

Abstract

método para detecção comprimida de sinais e método de comunicação sem fio métodos, dispositivos e sistemas para sistemas de comunicação sem fio baseados em sensor usando uma amostragem compressiva são providos. em uma modalidade, o método para amostragem de sinais compreende o recebimento, por um canal sem fio, de uma transmissão de equipamento de usuário (1100) com base em uma combinação esparsa em s de um conjunto de vetores (1264); a conversão descendente e a discretização da transmissão recebida para a criação de um sinal discretizado (1230); a correlação do sinal discretizado com um conjunto de formas de onda de detecção para a criação de um conjunto de amostras (1231), onde um número total de amostras no conjunto é igual ao número total de formas de onda de detecção no conjunto, onde o conjunto de formas de onda de detecção não combina com o conjunto de vetores, e onde o número total de formas de onda de detecção não combina com o conjunto de vetores, e onde o número total de formas de onda de detecção no conjunto de formas de onda de detecção é menor do que um número total de vetores no conjunto de vetores; e a transmissão de pelo menos uma amostra do conjunto de amostras (1232) para um processador central remoto (1300).

Description

MÉTODO PARA DETECÇÃO COMPRIMIDA DE SINAIS E MÉTODO DE

COMUNICAÇÃO SEM FIO

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

Este pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório U.S. N° 61/121.992, depositado em 12 de dezembro de 2008, intitulado LOW POWER ARCHITECTURE AND REMOTE SAMPLER INVENTIONS. O pedido precedente é incorporado aqui como referência em sua totalidade.

CAMPO DA INVENÇÃO

Esta exposição geralmente se refere a sistemas de comunicação sem fio e, mais particularmente, a métodos, dispositivos e sistemas para uso de amostragem compressiva em um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Os sistemas de comunicações sem fio são amplamente empregados para a provisão, por exemplo, de uma faixa ampla de voz e serviços relacionados a dados. Os sistemas de comunicações sem fio típicos consistem em redes de comunicação de acesso múltiplo que permitem que os usuários compartilhem recursos comuns de rede. Os exemplos destas redes são sistemas de acesso múltiplo de divisão de tempo (TDMA), sistemas de acesso múltiplo de divisão de código (CDMA), sistemas de acesso múltiplo de divisão de frequência de portadora única (SC-FDMA), sistemas de acesso múltiplo de divisão de frequência ortogonal (OFDMA), ou outros sistemas similares. Um sistema de OFDMA é suportado por várias normas de tecnologia, tais como sistemas de acesso por rádio terrestre universal evoluído (E-UTRA), Wi-Fi, interoperabilidade mundial para acesso por micro-ondas (WiMAX), de banda larga ultramóvel

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2/89 (UMB) e outros sistemas similares. Ainda, as implementações destes sistemas são descritas por especificações desenvolvidas por vários órgãos normativos, tais como o projeto de parceria de terceira geração (3GPP) e 3GPP2.

Conforme os sistemas de comunicação sem fio evoluem, um equipamento de rede mais avançado é introduzido, que provê recursos, funcionalidade e performance. Esse equipamento de rede avançado também pode ser referido como um equipamento de evolução de longo prazo (LTE) ou um equipamento avançado de evolução de longo prazo (LTE-A). A LTE é construída sobre o sucesso de acesso de pacote de alta velocidade (HSPA) com taxas de ritmo de transferência de dados de média e de pico mais altas, latência mais baixa e melhor experiência do usuário, especialmente em áreas geográficas de demanda alta. A LTE realiza esta performance mais alta com o uso de uma largura de banda de espectro mais amplo, interfaces de ar de OFDMA e SC-FDMA e métodos avançados de antena.

As comunicações entre um equipamento de usuário e estações base pode ser estabelecida usando-se sistemas de entrada única e de saída única (SISO), onde apenas uma antena é usada para o receptor e o transmissor; sistemas de entrada única e saída múltipla (SIMO), onde múltiplas antenas são usadas no receptor e apenas uma antena é usada no transmissor; e sistemas de entrada múltipla e de saída múltipla (MIMO), onde múltiplas antenas são usadas no receptor e no transmissor. Se comparado com o sistema de SISO, o SIMO pode prover uma cobertura aumentada, enquanto os sistemas de MIMO podem prover uma eficiência espectral

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3/89 aumentada e um ritmo de transferência de dados mais alto, se múltiplas antenas de transmissão, múltiplas antenas de recepção ou ambas forem utilizadas.

Nestes sistemas de comunicação sem fio, uma detecção e uma estimativa de sinal em ruído são difundidas. Teoremas de amostragem proveem a capacidade de converter sinais contínuos no tempo em sinais discretos no tempo, para se permitir a implementação eficiente e efetiva de algoritmos de detecção e estimativa de sinal. Um teorema de amostragem bem conhecido frequentemente é referido como o teorema de Shannon, e provê uma condição necessária na largura de banda de frequência para se permitir uma recuperação exata de um sinal arbitrário. A condição necessária é que o sinal deve ser amostrado a um mínimo de duas vezes sua frequência máxima, o que também é definido como a taxa de Nyquist. A amostragem de taxa de Nyquist tem o inconveniente de requerer componentes de alta qualidade dispendiosos requerendo potência e custo substanciais para suporte da amostragem a grandes frequências. Ainda, a amostragem de taxa de Nyquist é uma função da frequência máxima do sinal e não requer um conhecimento de quaisquer outras propriedades do sinal.

Para se evitarem algumas das dificuldades, uma amostragem compressiva provê uma nova estrutura para a detecção e a compressão de sinal, onde uma propriedade especial do sinal de entrada, escassez, é explorada para a redução do número de valores necessários para se representar de forma confiável um sinal sem perda da informação desejada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

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Para facilitar que esta exposição seja entendida e colocada em prática por pessoas tendo um conhecimento comum na técnica, uma referência é feita, agora, a modalidades de exemplo, conforme ilustrado por uma referência às figuras associadas. Números de referência iguais se referem a elementos idênticos ou funcionalmente similares por todas as figuras associadas. As figuras juntamente com a descrição detalhada são incorporadas e fazem parte do relatório descritivo e servem para ilustração adicional de modalidades de exemplo e explicação de vários princípios e vantagens, de acordo com esta exposição, onde:

a FIG. 1 ilustra uma modalidade de um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 2 ilustra uma outra modalidade de um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 3 ilustra uma outra modalidade de um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 4 ilustra uma modalidade de um sistema de amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 5 é um fluxograma de uma modalidade de um método de amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 6 ilustra uma outra modalidade de um sistema de

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5/89 comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 7 ilustra uma modalidade de um método de acesso em um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 8 ilustra uma outra modalidade de um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 9 ilustra uma modalidade de um método de quantificação de um detector em um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 10 é um gráfico que ilustra um exemplo do tipo de matriz de representação esparsa e da matriz de detecção usado em um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 11 ilustra uma modalidade de um dispositivo sem fio, o qual pode ser usado em um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 12 ilustra uma modalidade de um sensor, o qual pode ser usado em um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 13 ilustra uma modalidade de uma estação base, a qual pode ser usada em um sistema de comunicação sem fio

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6/89 baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 14 ilustra resultados simulados de uma modalidade de detecção de um dispositivo sem fio em um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 15 ilustra resultados simulados de performance de uma modalidade de um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 16 ilustra resultados simulados de performance de uma modalidade de um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 17 ilustra resultados simulados de performance de uma modalidade de um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 18 ilustra resultados simulados de performance de uma modalidade de um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 19 ilustra resultados simulados de performance de uma modalidade de um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 20 é um exemplo de matrizes deterministicas usadas em uma modalidade de um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de

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7/89 acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 21 é um exemplo de matrizes randômicas usadas em uma modalidade de um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 22 ilustra um exemplo de um sistema de amostragem incoerente em um ambiente sem ruído.

A FIG. 23 ilustra uma outra modalidade de um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 24 ilustra um exemplo de um sistema de amostragem com perda da técnica anterior.

A FIG. 25 ilustra uma outra modalidade de um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva em um ambiente com ruído de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 26 ilustra uma outra modalidade de um método de acesso em um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 27 ilustra uma outra modalidade de um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva em um ambiente com ruído de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 28 ilustra uma outra modalidade de um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

A FIG. 29 ilustra uma outra modalidade de um sistema

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8/89 de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui.

Técnicos versados apreciarão que os elementos nas figuras associadas são ilustrados para clareza, simplicidade e para ajudarem adicionalmente a melhorar o entendimento das modalidades, e não foram desenhados necessariamente em escala.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Embora o que vem a seguir exponha métodos de exemplo, dispositivos e sistemas para uso em sistemas de comunicação sem fio baseados em sensor, será entendido por alguém de conhecimento comum na técnica que os ensinamentos desta exposição não estão limitados de forma alguma aos exemplos mostrados. Ao contrário, é contemplado que os ensinamentos desta exposição podem ser implementados em configurações e ambientes alternativos. Por exemplo, embora os métodos de exemplo, dispositivos e sistemas descritos aqui sejam descritos em conjunto com uma configuração para sistemas de comunicação sem fio baseados em sensor mencionados anteriormente, o técnico versado prontamente reconhecerá que os métodos de exemplo, dispositivos e sistemas podem ser usados em outros sistemas e podem ser configurados para corresponderem a outros sistemas como esses, conforme necessário. Assim sendo, embora o que vem a seguir descreva métodos de exemplo, dispositivos e sistemas de uso dos mesmos, as pessoas de conhecimento comum na técnica apreciarão que os exemplos mostrados não são a única forma de implementação desses métodos, dispositivos e sistemas, e os desenhos e as descrições devem ser consideradas como de

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9/89 natureza ilustrativa, e não restritiva.

Várias técnicas descritas aqui podem ser usadas para vários sistemas de comunicação sem fio baseados em sensor. Os vários aspectos descritos aqui são apresentados como métodos, dispositivos e sistemas que podem incluir vários componentes, elementos, membros, módulos, nós, periféricos ou similares. Ainda, estes métodos, dispositivos e sistemas podem incluir ou não incluir componentes adicionais, elementos, membros, módulos, nós, periféricos ou similares. Além disso, vários aspectos descritos aqui podem ser implementados em hardware, firmware, software ou qualquer combinação dos mesmos. É importante notar que os termos rede e sistema podem ser usados de forma intercambiável. Os termos relacionais descritos aqui, tais como acima e abaixo, esquerda e direita e primeiro e segundo e similares podem ser usados unicamente para distinção entre uma entidade ou ação de uma outra entidade ou ação sem necessariamente requerer ou implicar em qualquer relação real como essa ou ordem entre essas entidades ou ações. 0 termo ou é pretendido para significar um ou inclusivo ao invés de um ou exclusivo. Ainda, os termos um e uma são pretendidos para significarem um ou mais, a menos que especificado de outra forma ou claro a partir do contexto que sejam dirigidos a uma forma singular.

sistema de comunicação sem fio pode ser compreendido por uma pluralidade de equipamentos de usuário e uma infraestrutura. A infraestrutura inclui a parte do sistema de comunicação sem fio que não é o equipamento de usuário, tais como sensores, estações base, rede de núcleo,

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10/89 transmissor de enlace descendente, outros elementos e uma combinação de elementos. A rede de núcleo pode ter acesso a outras redes. A rede de núcleo também referida como um cérebro central ou processador central remoto pode incluir um componente de infraestrutura de potência alta, o qual pode executar funções intensivas computacionalmente a uma taxa alta com custo financeiro aceitável. A rede de núcleo pode incluir elementos de infraestrutura, os quais podem se comunicar com estações base de modo que, por exemplo, funções de camada física também possam ser executadas pela rede de núcleo. A estação base pode comunicar uma informação de controle para um transmissor de enlace descendente para suplantar, por exemplo, problemas de comunicação associados a desvanecimento de canal. 0 desvanecimento de canal inclui como um sinal de frequência de rádio (RF) pode ser ricocheteado em muitos refletores e as propriedades da soma resultante de reflexões. A rede de núcleo e a estação base podem ser, por exemplo, o mesmo elemento de infraestrutura, compartilhar uma porção do mesmo elemento de infraestrutura ou serem elementos de infraestrutura diferentes.

Uma estação base pode ser referida como um nó B (Nó B), uma estação transceptora base (BTS), um ponto de acesso (AP), um satélite, um roteador, ou alguma outra terminologia equivalente. Uma estação base pode conter um transmissor de RF, um receptor de RF ou ambos acoplados a uma antena, para se permitir uma comunicação com um equipamento de usuário.

Um sensor pode ser referido como um amostrador remoto, um dispositivo de conversão remoto, um sensor remoto ou

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outros termos	similares	•	Um sensor j	>ode incluir,	por
exemplo, uma	antena,	um	elemento	de recepção,	um
amostrador, um	controlador,	uma memória	e um transmissor.
Um sensor pode	ter uma	interface, por	exemplo, com	uma

estação base. Ainda, os sensores podem ser empregados em um sistema de comunicação sem fio que inclua uma rede de núcleo, a qual pode ter acesso a uma outra rede.

Um equipamento de usuário usado em um sistema de comunicação sem fio pode ser referido como uma estação móvel (MS), um terminal, um telefone celular, um aparelho celular, um assistente digital pessoal (PDA), um smartphone, um computador portátil, um computador de mesa, um computador laptop, um computador tablet, um netbook, uma impressora, um set top box, um televisor, uma aparelhagem sem fio ou alguma outra terminologia equivalente. Um equipamento de usuário pode conter um transmissor de RF, um receptor de RF ou ambos acoplados a uma antena para comunicação com uma estação base. Ainda, um equipamento de usuário pode ser fixo ou móvel e pode ter a capacidade de se mover através de um sistema de comunicação sem fio. Ainda, uma comunicação de enlace ascendente se refere a uma comunicação a partir de um equipamento de usuário para uma estação base, um sensor ou ambos. Uma comunicação de enlace descendente se refere a uma comunicação a partir de uma estação base, um transmissor de enlace descendente ou ambos para um equipamento de usuário.

A FIG. 1 ilustra uma modalidade de sistema de comunicação sem fio baseado em sensor 100 usando amostragem compressiva com vários aspectos descritos aqui. Nesta modalidade, o sistema 100 pode prover uma comunicação sem

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12/89 fio em tempo real de largura de banda alta robusto com suporte para uma densidade alta de usuário. 0 sistema 100 pode incluir um equipamento de usuário 106, sensores 110 a 113, uma estação base 102, uma rede de núcleo 103 e uma outra rede 104. 0 equipamento de usuário 106 pode ser, por exemplo, um dispositivo de potência baixa e de baixo custo. A estação base 102 pode se comunicar com o equipamento de usuário 106 usando, por exemplo, uma pluralidade de sensores de potência baixa e de baixo custo 110 a 113.

Na FIG. 1, o sistema 100 contém os sensores 110 a 113 acoplados à estação base 102 para o recebimento de uma comunicação a partir do equipamento de usuário 106. A estação base 102 pode ser acoplada à rede de núcleo 103, a qual pode ter acesso à outra rede 104. Em uma modalidade, os sensores 110 a 113 podem ser separados, por exemplo, por aproximadamente dez metros a umas poucas centenas de metros. Em uma outra modalidade, um sensor único 110 a 113 pode ser usado. Uma pessoa de conhecimento comum na técnica apreciará no emprego de um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor que há transigências entre o consumo de potência de sensores, o custo de emprego, a capacidade do sistema, outros fatores e fatores de combinação. Por exemplo, conforme os sensores 110 a 113 se tornam mais proximamente espaçados, o consumo de potência dos sensores 110 a 113 pode diminuir, enquanto o custo de emprego e a capacidade do sistema podem aumentar. Ainda, o equipamento de usuário 106 pode operar usando uma banda de RF diferente daquela usada com a rede sem fio subjacente, quando em grande proximidade com os sensores 110 a 113.

Na modalidade atual, os sensores 110 a 113 podem ser

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13/89 acoplados à estação base 102 usando-se enlaces de comunicação 114 a 117, respectivamente, os quais podem suportar, por exemplo, uma conexão de cabo de fibra ótica, uma conexão de cabo coaxial, outras conexões ou qualquer combinação dos mesmos. Ainda, uma pluralidade de estações base 102 pode comunicar uma informação baseada em sensor entre cada outra para suporte de várias funções. Os sensores 110 a 113 podem ser projetados para serem de baixo custo, por exemplo, com uma antena, uma front-end de RF, um circuito de banda base, um circuito de interface, um controlador, uma memória, outros elementos, ou combinação de elementos. Uma pluralidade de sensores 110 a 113 pode ser usada para suporte, por exemplo, de uma operação de arranjo de antena, uma operação de SIMO, uma operação de MIMO, uma operação de formação de feixe, outras operações ou uma combinação de operações. Uma pessoa de conhecimento comum na técnica reconhecerá que as operações mencionadas anteriormente podem permitir que o equipamento de usuário 106 transmita em um nível de potência mais baixo resultando, por exemplo, em um consumo mais baixo de potência.

No sistema 100, o equipamento de usuário 106 e a estação base 102 podem se comunicar usando, por exemplo, um protocolo de rede. 0 protocolo de rede pode ser, por exemplo, um protocolo de rede celular, um protocolo de Bluetooth, um protocolo de laço de área local sem fio (WLAN) ou qualquer outro protocolo ou combinação de protocolos. Uma pessoa de conhecimento comum na técnica reconhecerá que um protocolo de rede celular pode ser qualquer um de muitos protocolos de rede celular

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14/89 padronizados usados em sistemas tais como LTE, UMTS, CDMA, GSM e outros. A porção do protocolo de rede executado pelos sensores 110 a 113 pode incluir, por exemplo, uma porção das funções de camada física. Uma pessoa de conhecimento comum na técnica reconhecerá que uma funcionalidade reduzida realizada pelos sensores 110 a 113 pode resultar em um custo menor, um tamanho menor, um consumo reduzido de potência, outras vantagens ou combinações de vantagens.

Os sensores 110 a 113 podem ser acionados, por exemplo, por uma fonte de potência de batería, uma fonte de potência elétrica de corrente alternada (AC) ou outras fontes de potência ou combinação de fontes de potência. Uma comunicação incluindo uma comunicação em tempo real dentre os sensores 110 a 113, o equipamento de usuário 106, a estação base 102, a rede de núcleo 103, a outra rede 104 ou qualquer combinação dos mesmos pode ser suportada usandose, por exemplo, um protocolo de requisição de repetição automática (ARQ).

Na modalidade atual, os sensores 110 a 113 podem comprimir um sinal de enlace ascendente recebido (f) transmitido a partir do equipamento de usuário 106 para formar um sinal detectado (y) . OS sensores 110 a 113 podem prover o sinal detectado (y) para a estação base 102 usando os enlaces de comunicação 114 a 117, respectivamente. A estação base 102 então pode processar o sinal detectado (y) . A estação base 102 pode comunicar instruções para os sensores 110 a 113, onde as instruções podem se relacionar, por exemplo, a uma conversão de dados, uma sintonia de oscilador, um direcionamento de feixe usando amostragem de fase, outras instruções ou combinações

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15/89 de instruções. Ainda, o equipamento de usuário 106, os sensores 110 a 113, a estação base 102, a rede de núcleo 103, a outra rede 104 ou qualquer combinação dos mesmos podem se comunicar incluindo uma comunicação em tempo real usando, por exemplo, um protocolo de ARQ híbrida de controle de acesso a meio (MAC), outros protocolos similares ou combinações de protocolos. Também, o equipamento de usuário 106, os sensores 110 a 113, a estação base 102, a rede de núcleo 103, a outra rede 104 ou qualquer combinação dos mesmos podem se comunicar usando, por exemplo, códigos de sinalização de presença, os quais podem operar sem a necessidade de cooperação dos sensores 110 a 113; códigos de espaço - tempo os quais podem requerer um conhecimento de canal; códigos de apagamento sem taxa de código fixado, os quais podem ser usados para registro e transmissão em tempo real; outros códigos de comunicação ou uma combinação de códigos de comunicação. Alguns destes códigos de comunicação podem requerer, por exemplo, a aplicação de várias técnicas de processamento de sinal para se tirar vantagem de quaisquer propriedades inerentes dos códigos.

Na FIG. 1, a estação base 102 pode executar funções tal como a transmissão da informação de tempo de processamento de sistema; a detecção da presença de um equipamento de usuário 106 usando os sensores 110 a 113; uma comunicação em tempo real de duas vias com o equipamento de usuário 106; outras funções ou combinações de funções. Uma pessoa de conhecimento comum na técnica reconhecerá que os sensores 110 a 113 podem ser substancialmente menos dispendiosos do que a estação base

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102 e a rede de núcleo 103.

A amostragem é realizada pela medição do valor de um sinal contínuo no tempo em uma taxa periódica, uma taxa aperiódica, ou ambas, para a formação de um sinal discreto no tempo. Na modalidade atual, a taxa de amostragem efetiva dos sensores 110 a 113 pode ser menor do que a taxa de amostragem real usada pelos sensores 110 a 113. A taxa de amostragem real é a taxa de amostragem, por exemplo, de um conversor de analógico para digital (ADC) . A taxa de amostragem efetiva é medida na saída dos sensores 110 a

113, o que corresponde à largura de banda de sinal detectado (y) . Pela provisão de uma taxa de amostragem efetiva mais baixa, os sensores 110 a 113 podem consumir menos potência do que outros sensores operando na taxa de amostragem real, sem qualquer compressão. Uma redundância pode ser projetada no emprego de um sistema, de modo que a perda de um sensor afete minimamente a performance do sistema. Para muitos tipos de sinais, uma reconstrução desses sinais pode ser realizada pela estação base 102, pela rede de núcleo 103 pela outra rede 104 ou qualquer combinação dos mesmos.

Na modalidade atual, os sensores 110 a 113 podem conter, cada um, um elemento de concentração de sequência direta, um elemento de transformada de Fourier rápida (FFT), outros elementos ou combinações de elementos. A estação base 102 pode enviar instruções para o sensor 110 a 113, por exemplo, para a seleção de códigos de sequência direta ou um sincronismo de subchip para um elemento de concentração, para a seleção do número de intervalos de frequência ou a banda espectral para um elemento de FFT,

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17/89 outras instruções ou combinações de instruções. Estas instruções podem ser comunicas, por exemplo, em intervalos de um milissegundo, com cada instrução sendo executada pelo sensor 110 a 113 em um décimo de um milissegundo após ser recebida. Ainda, o equipamento de usuário 106 pode transmitir e receber uma informação na forma de intervalos, pacotes, quadros ou outras estruturas similares, os quais podem ter uma duração, por exemplo, de um a cinco milissegundos. Os intervalos, pacotes, quadros e outras estruturas similares podem incluir uma coleção de amostras de domínio de tempo capturadas sucessivamente ou podem descrever uma coleção de valores reais ou complexos sucessivos.

Na FIG. 100, o sistema 100 pode incluir a comunicação de uma informação de tempo de processamento de sistema entre o equipamento de usuário 106, a estação base 102, a rede de núcleo 103, a 104, os sensores 110 a 113 ou qualquer combinação dos mesmos. A informação de tempo de processamento de sistema pode incluir, por exemplo, uma informação de guia e sincronização, uma informação de rede de área ampla sem fio, uma informação de WLAN, uma outra informação ou uma combinação de informações. Uma pessoa de conhecimento comum na técnica reconhecerá que, pela limitação da necessidade de o equipamento de usuário 106 monitorar a rede subjacente, redes estranhas ou ambas, pode-se reduzir seu consumo de potência.

Na FIG. 1, o equipamento de usuário 106 pode transmitir sinais de enlace ascendente a um nível de potência de transmissão baixo, se o equipamento de usuário 106 estiver suficientemente próximo dos sensores 110 a 113.

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Os sensores 110 a 113 podem amostrar de forma compressiva os sinais de enlace ascendente recebidos (g) para a geração dos sinais detectados (y). Os sensores 110 a 113 podem detectar os sinais detectados (y) para a estação base 102 usando um enlace de comunicação 114 a 117, respectivamente. A estação base 102 pode realizar, por exemplo, funções de camada 1, tais como demodulação e decodificação; funções de camada 2, tais como numeração de pacote e ARQ; e funções de camada mais alta, tais como registro, atribuição de canal e transferência. A estação base 102 pode ter potência computacional substancial para executar funções intensivas computacionalmente em tempo real, quase em tempo real ou ambos.

Na modalidade atual, a estação base 102 pode aplicar estratégias de adaptação de enlace usando, por exemplo, um conhecimento dos canais de comunicação, tal como uma matriz de correlação de antena de equipamento de usuário 106; o número de sensores 110 a 113 nas proximidades do equipamento de usuário 106; outros fatores ou uma combinação de fatores. Essas estratégias de adaptação podem requerer um processamento em intervalos periódicos, por exemplo, intervalos de um milissegundo. Essas estratégias podem permitir uma operação, por exemplo, no ganho de multiplexação de espaço - tempo ótimo e ganho de diversidade. Também, uma pluralidade de estações base 102 pode se comunicar entre cada outra para a realização, por exemplo, de uma dirty paper coding (DPC), a qual é uma técnica para transmissão eficientemente de sinais de enlace descendente através de um canal de comunicação que é submetido a alguma interferência que é conhecida pela

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19/89 estação base 102. Para suporte destas técnicas, outras estações base que recebem sinais de enlace ascendente estranhos a partir do equipamento de usuário 106 podem prover os sinais de enlace ascendente (f) para a estação base 102 associada ao equipamento de usuário 106. Uma pessoa de conhecimento comum na técnica reconhecerá que uma pluralidade de equipamentos de usuário 106 pode se comunicar com a estação base 102.

A FIG. 2 ilustra uma outra modalidade de um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor 200 usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui. Nesta modalidade, o sistema 200 pode prover uma comunicação sem fio em tempo real de largura de banda alta e robusta com suporte para uma densidade alta de usuário. 0 sistema 200 inclui o equipamento de usuário 206, os sensores 210 a 213, a estação base 202, a rede de núcleo 203 e uma outra rede 204. Nesta modalidade, os sensores 210 a 213 podem realizar uma porção de funções de camada 1, tais como a recepção de um sinal de enlace ascendente e a realização de uma cabine de elevador. Ainda, a estação base 202 pode enviar instruções para os sensores 210 a 213 usando um enlace de comunicação 214 a 217, respectivamente. Essas instruções podem ser, por exemplo, para a compressão usando um código de acesso múltiplo específico, tal como um código de sequência direta ou um código de OFDM. Ainda, a estação base 202 pode enviar instruções para os sensores 210 a 213 para a realização, por exemplo, de uma amostragem a duas vezes a taxa de amostragem, o que pode ser em uma fase específica.

A estação base 202 pode realizar funções intensivas

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20/89 computacionalmente para, por exemplo, a detecção da presença do equipamento de usuário 206 nos sinais detectados (y) recebidos a partir dos sensores 210 a 213. Uma vez que a presença do equipamento de usuário 206 seja detectada, a estação base 202 pode configurar os sensores 210 a 213 para a melhoria da recepção de sinais de enlace ascendente (f) a partir do equipamento de usuário 206. Esses melhoramentos podem ser associados a sincronismo, frequência, codificação, outras características ou uma combinação de características. Ainda, o equipamento de usuário 206 pode transmitir sinais de enlace ascendente (f) usando, por exemplo, um código de apagamento sem taxa de código fixado. Para uma comunicação de potência baixa e largura de banda alta, o equipamento de usuário 206 pode usar um código de apagamento sem taxa de código fixado para a transmissão de sinais de enlace ascendente contendo, por exemplo, uma fala em tempo real. A taxa de transmissão de pacote para esses sinais de enlace ascendente pode estar, por exemplo, na faixa de 200 Hz a 1 kHz. Os sensores 210 a 213 podem ter uma capacidade de tomada de decisão limitada com controle substancial pela estação base 202.

Na FIG. 2, os sensores 210 a 213 podem ser empregados de forma densa, por exemplo, um sensor 210 a 213 aproximadamente a cada cem metros de distância de separação, um sensor 210 a 213 aproximadamente a cada dez metros de distância de separação, outras configurações ou combinação de configurações. Os sensores 210 a 213 podem conter ou estar co-localizados com um transmissor e enlace descendente, o qual é usado para suporte da transmissão de sinais de enlace descendente recebidos a partir da estação

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21/89 base 202. Ainda, a estação base 202 pode usar um enlace de comunicação para a provisão de sinais de enlace descendente para um transmissor de enlace descendente remoto, tal como uma torre celular tradicional com uma setorização de antena, um transmissor celular montado em um edifício ou um poste de luz, uma unidade de potência baixa em um escritório, outros elementos ou uma combinação de elementos. 0 emprego desses transmissores de enlace descendente remotos pode ser para suporte, por exemplo, de um emprego em uma edificação, emprego em postes de luz de rua, outros empregos ou uma combinação de empregos. Ainda, será entendido que uma pluralidade de equipamento de usuário 206 pode se comunicar com a estação base 202.

A FIG. 3 ilustra uma outra modalidade de um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor 300 usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos ali. Nesta modalidade, o sistema 300 representa um sistema de acesso múltiplo. 0 sistema 300 inclui um equipamento de usuário 306, um sensor 310, uma estação base 302 e um transmissor de enlace descendente 308. Na FIG. 3, o sensor 310 pode incluir um elemento de recebimento para conversão descendente de sinais de enlace ascendente. Uma pessoa de conhecimento comum na técnica apreciará as exigências de projeto e de implementação para esse elemento de recepção.

Na FIG. 3, a estação base 302 pode ser acoplada ao transmissor de enlace descendente 308, onde o transmissor de enlace descendente 308 pode estar co-localizado, por exemplo, com uma torre de celular. A estação base 302 pode conter, por exemplo, um coletor para a coleta de sinais detectados a partir do sensor 310, um detector para a

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22/89 detecção de sinais de informação contidos nos sinais detectados, um controlador para controle do sensor 310, outros elementos ou uma combinação de elementos. A estação base 302 e o transmissor de enlace descendente 308 podem estar co-localizados. Ainda, o transmissor de enlace descendente 308 pode ser acoplado à estação base 302 usando-se um enlace de comunicação 309, o qual pode suportar, por exemplo, uma conexão de cabo de fibra ótica, um enlace de micro-ondas, uma conexão de cabo coaxial, outras conexões ou qualquer combinação dos mesmos. A configuração do sistema 300 pode ser similar a um sistema celular convencional, tais como um sistema de GSM, um sistema de UMTS, um sistema de LTE, um sistema de CDMA, outros sistemas ou uma combinação de sistemas. Uma pessoa de conhecimento comum na técnica reconhecerá que estes sistemas exibem arranjos de equipamento de usuário, estações base, transmissores de enlace descendente, outros elementos e combinações de elementos.

Na modalidade atual, o transmissor de enlace descendente 308 e a estação base 302 podem se comunicar usando um protocolo de rede para a realização de funções tais como acesso randômico; envio de radiochamada; origem; alocação de recurso; atribuição de canal; sinalização de tempo de processamento incluindo sincronismo, identificação de sistema piloto, canais admitidos para acesso; envio de mensagem de transferência de ponto a ponto; sinalização de treinamento ou piloto; outras funções ou uma combinação de funções. Ainda, o transmissor de enlace descendente 308 e a estação base 302 podem comunicar uma informação de voz, uma informação de dados de pacote, uma informação de dados de

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circuito comutado, uma	outra	informação	ou	uma	combinação
de informações.
A FIG. 4 ilustra	uma	modalidade	de	um	sistema de
amostragem compressiva	de	acordo com	vários aspectos
estabelecidos aqui. 0	sistema 400 inclui	um	amostrador

compressivo 431 e um detector 452. Na FIG. 4, o amostrador compressivo 431 pode amostrar de forma compressiva um sinal de entrada (f) usando formas de onda de detecção de uma matriz de detecção (Φ) para a geração de um sinal detectado (y), onde 0? se refere à j-ésima forma de onda de matriz de detecção (Φ) . 0 sinal de entrada (f) pode ser de comprimento N, e matriz de detecção (Φ) pode ter M formas de onda de detecção de comprimento N, e o sinal detectado (y) pode ser de comprimento M, onde M pode ser menor do que N. Um sinal de informação (x) pode ser recuperado se o sinal de entrada (f) for suficientemente esparso. Uma pessoa de conhecimento comum na técnica reconhecerá as características de um sinal esparso. Em uma definição, um sinal de comprimento N com S valores não nulos é referido como esparso em S e inclui N menos S (N - S) valores nulos.

Na modalidade atual, o amostrador compressivo 431 pode amostrar de forma compressiva o sinal de entrada (f) usando, por exemplo, a Equação (1).

y_k = <f, Çk), k e J, de modo que J cz {1, ..., w} (1) onde os parênteses < ) denotam o produto interno, uma função de correlação ou outras funções similares.

Ainda, o detector 452 pode resolver o sinal detectado (y) para encontrar o sinal de informação (x), usando, por exemplo, a Equação (2).

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24/89 |τ||., Sujeito a .^=(^,^),7^7, (2) onde I II é a norma de h, o que é a soma dos valores absolutos dos elementos de seu argumento e os parênteses < ) denotam o produto interno, uma função de correlação ou outras funções similares. Um método, por exemplo, o qual pode ser aplicado para a minimização de U é o método simplex. Outros métodos para a resolução do sinal detectado (y) para se encontrar o sinal de informação (x) incluem, por exemplo, usar o algoritmo de norma de fo, outros métodos ou combinações de métodos.

Uma amostragem incoerente é uma forma de amostragem compressiva que se baseia na detecção de formas de onda de detecção da matriz de detecção (Φ) que são suficientemente não relacionados à matriz de representação esparsa (Ψ) , a qual é usada para se tornar esparso o sinal de entrada (f). Para a minimização do número requerido de formas de onda de detecção da matriz de detecção (Φ), a coerência (μ) entre as formas de onda de representação esparsas e as formas de onda de detecção de matriz de detecção (Φ) deve representar que estas formas de onda são suficientemente não relacionadas, correspondendo a uma coerência (μ) mais baixa, onde y/j se refere à j-ésima forma de onda da matriz de representação esparsa (Ψ). A coerência (μ) pode ser representada, por exemplo, pela Equação 3.

μ(φ,ψ) = VV , onde I ||_f é a norma de h, o que é a soma dos valores absolutos dos elementos de seu argumento e os parênteses { } denotam o produto interno, uma função de correlação ou

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25/89 outras funções similares.

A FIG. 5 é um fluxograma de uma modalidade de um método de amostragem compressiva 500 de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui, os quais podem ser usados, por exemplo, para o projeto de um sistema de amostragem compressiva. Na FIG. 5, o método 500 pode começar no bloco 570, onde o método 500 pode modelar um sinal de entrada (f) e descobrir uma matriz de representação esparsa (Ψ) , na qual o sinal de entrada (f) é esparso em S. No bloco 571, o método 500 pode escolher uma matriz de detecção (Φ), a qual é suficientemente incoerente com a matriz de representação esparsa (Ψ) . No bloco 572, o método 500 pode randomicamente, de forma deterministica ou ambos selecionar M formas de onda de detecção (fij) de matriz de detecção (Φ), onde M pode ser maior do que ou igual a S. No bloco 573, o método 500 pode amostrar o sinal de entrada (f) usando as M formas de onda de detecção (fij) selecionadas para a produção de um sinal detectado (y) . No bloco 574, o método 500 pode passar a matriz de representação esparsa (Ψ) , a matriz de detecção (Φ) e o sinal detectado (y) para um detector para a recuperação de um sinal de informação (x).

A FIG. 6 ilustra uma outra modalidade de um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui. Nesta modalidade, o sistema 600 pode prover uma comunicação sem fio em tempo real de largura de banda alta robusta com suporte para uma densidade de usuário alta. 0 sistema 600 inclui um equipamento de usuário 606, um sensor 610 e uma estação base 602. Na FIG. 6, o sistema 600 pode

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26/89 permitir que o equipamento de usuário 606 se comunique, por exemplo, com o sistema celular subjacente, mesmo se o sensor 610, por exemplo, falhar em operar. 0 sistema 600 pode permitir que os sensores 610 sejam amplamente distribuídos, de forma consistente, por exemplo, com ambientes de edificação comercial. 0 sistema 600 pode permitir que a estação base 602 não esteja limitada, por exemplo, por capacidade computacional, memória, outros recursos ou uma combinação de recursos. 0 sistema 600 pode permitir que sinais de enlace descendente sejam providos, por exemplo, por uma torre de celular convencional. 0 sistema 600 pode permitir que o equipamento de usuário 606 minimize o consumo de potência pela limitação de seu nível de potência de transmissão para, por exemplo, aproximadamente dez a cem microwatts. 0 sistema 600 pode permitir que o sensor 610 seja acoplado à estação base 602 usando-se um enlace de comunicação 614, onde o enlace de comunicação 614 pode suportar, por exemplo, uma conexão de cabo de fibra ótica, uma conexão de cabo coaxial, outras conexões ou qualquer combinação das mesmas. 0 sistema 600 pode permitir que o sensor 610 seja operado por fontes de potência, tal como uma batería, uma fonte de potência fotovoltaica, uma fonte de potência elétrica de corrente alternada (AC), outras fontes de potência ou uma combinação de fontes de potência.

Na FIG. 6, o sistema 600 pode permitir que o sensor 610 seja substancialmente menos dispendioso do que a estação base 602. Ainda, o sistema 600 pode permitir que o sensor 610 opere usando uma potência de batería por um período estendido, tal como de aproximadamente um a dois

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27/89 anos. Para a obtenção disto, uma pessoa de conhecimento comum na técnica reconhecerá que certas funções, tais como detecção de sinal, demodulação e decodificação podem ser realizadas, por exemplo, pela estação base 602.

Na FIG. 6, o sensor 610 pode ter um elemento de recepção, tal como uma antena, acoplado a uma cadeia de conversão descendente de RF, a qual é usada para o recebimento de sinais de enlace ascendente (f). Nesta exposição, o sinal de enlace ascendente (f) também pode ser referido como um sinal de enlace ascendente (g). 0 sinal de enlace ascendente (g) inclui efeitos de propagação de canal e efeitos ambientais no sinal de enlace ascendente (f). Por exemplo, um ganho de canal (a) 621 de canal 620 pode representar, por exemplo, efeitos de ruído de ambiente. Ainda, o sensor 610 pode suportar um enlace de comunicação para envio, por exemplo, de sinais detectados (y) para a estação base 602. 0 sensor 610 pode não ter a capacidade computacional de, por exemplo, reconhecer quando um equipamento de usuário 606 está transmitindo um sinal de enlace ascendente (f). 0 sensor 610 pode receber instruções a partir da estação base 602 associadas, por exemplo, a uma conversão descendente de RF, uma amostragem compressiva, outras funções ou combinações de funções.

Há muitos outros métodos para um equipamento de usuário acessar um sistema de comunicação sem fio. Um tipo de método de acesso, por exemplo, é o método de acesso randômico Aloha, o qual é realizado quando um equipamento de usuário não reconhecido tenta acessar a rede. Uma comunicação de duas vias com uma estação base pode ocorrer,

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28/89 por exemplo, após ter sido dada permissão ao equipamento de usuário para usar o sistema e quaisquer canais de enlace ascendente e de enlace descendente terem sido atribuídos.

A FIG. 7 ilustra uma modalidade de um método de acesso 700 em um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui. Várias estruturas ilustrativas são mostradas na porção inferior da FIG. 7, para facilitação do entendimento do método 700. Ainda, a FIG. 7 ilustra a estação base 702 duas vezes, mas deve ser interpretada como uma e a mesma estação base 702. Assim sendo, o método 700 inclui uma comunicação dentre a estação base 702, o equipamento de usuário 706, o sensor 710 ou qualquer combinação dos mesmos. 0 equipamento de usuário 706 pode ter, por exemplo, um evento de ativação 770 e começar a observar as mensagens de tempo de processamento 771 enviadas a partir da estação base 702. Uma pessoa de conhecimento comum na técnica reconhecerá que uma estação base pode se comunicar com um equipamento de usuário usando, por exemplo, uma comunicação por difusão, uma comunicação de ponto para ponto múltiplo, uma comunicação de ponto a ponto ou outros métodos de comunicação ou combinação de métodos de comunicação. As mensagens de tempo de processamento 771 podem conter parâmetros de sistema, incluindo, por exemplo, o comprimento de quadros de mensagem, o valor de M associado ao número de formas de onda de detecção e a escassez S de sinais de enlace ascendente (f) sendo enviados.

Na FIG. 7, a estação base 702 pode enviar, por exemplo, uma mensagem de tempo de processamento para

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29/89 configuração do equipamento de usuário 706 para usar a escassez Si e a matriz de representação esparsa (Ψ) , conforme mostrado em 772. 0 equipamento de usuário 706 então pode enviar, por exemplo, os sinais de presença usando a escassez Si, conforme representado por 780. Os sinais de presença podem incluir qualquer sinal enviado pelo equipamento de usuário 706 para a estação base 702, que pode ser amostrado de forma compressiva. Em uma outra modalidade, o equipamento de usuário 706 pode enviar os sinais de presença usando Si, conforme mostrado em 780, quando determinar que está se aproximando da estação base 702. Nesta situação, o equipamento de usuário 706 pode determinar que está se aproximando da estação base 702, por exemplo, através de mensagens de tempo de processamento 771 enviadas pela estação base 702, por uma outra estação base ou ambas.

Na FIG. 7, a estação base 702 também pode enviar, por exemplo, uma mensagem de tempo de processamento contendo uma informação de sistema, tais como enquadramento, sincronismo, identificação de sistema, outra informação de sistema ou uma combinação de informações, conforme mostrado em 773. Além disso, a estação base 702 pode instruir o polia de sincronismo 710 para usar, por exemplo, Mi formas de onda de detecção (fij) de matriz de detecção (Φ), conforme representado por 791. 0 sensor 710 então pode processar continuamente os sinais de enlace ascendente (f) recebidos e enviar os sinais detectados (y) usando Mi formas de onda de detecção (fij) de matriz de detecção (Φ) para a estação base 702, conforme mostrado em 790.

Na FIG. 7, a estação base 702 pode enviar, por

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30/89 exemplo, uma mensagem de tempo de processamento para configuração do equipamento de usuário 706 para usar a escassez S2 e a matriz de representação esparsa (Ψ) , conforme representado por 774. 0 equipamento de usuário 706 então pode enviar, por exemplo, sinais de presença usando a escassez S2, conforme mostrado por 781. Além disso, a estação base 702 pode instruir o sensor 710 a usar, por exemplo, M2 formas de onda de detecção de matriz de detecção (Φ), conforme representado por 792. 0 sensor 710 então pode processar continuamente os sinais de enlace ascendente (f) recebidos e enviar para a estação base 702 os sinais detectados (y) usando M2 formas de onda de detecção de matriz de detecção (Φ), conforme mostrado em 793. 0 equipamento de usuário 706 pode continuar a enviar os sinais de presença usando S2, conforme mostrado por 781, até, por exemplo, a estação base 702 detectar os sinais de presença usando S2, conforme mostrado em 794. Em cujo ponto, a estação base 702 pode enviar para o equipamento de usuário 706 uma mensagem de reconhecimento incluindo, por exemplo, uma requisição para envio de uma porção de seu número de série eletrônica (ESN) e usar a escassez S3 e uma matriz de representação esparsa (Ψ) , conforme representado por 775. Ainda, a estação base 702 pode enviar para o sensor 710 uma instrução para usar, por exemplo, um novo valor de M3 e uma nova matriz de detecção (Φ), conforme mostrado em 795. 0 sensor 710 então pode processar continuamente os sinais de enlace ascendente (f) recebidos e enviar para a estação base 702 os sinais detectados (y) usando M3 formas de onda de detecção (0/') de matriz de detecção (Φ),

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31/89 conforme mostrado em 796.

Na FIG. 7, o equipamento de usuário 706 pode enviar para a estação base 702 uma mensagem de enlace ascendente contendo uma porção de seu ESN usando S3, conforme representado por 782. Uma vez que a estação base 702 tenha recebido sua mensagem de enlace ascendente, a estação base 702 pode enviar para um equipamento de usuário 706 uma mensagem de enlace descendente requisitando que o equipamento de usuário 706 envie, por exemplo, seu ESN completo e uma requisição para recursos, conforme mostrado em 776. 0 equipamento de usuário 706 então pode enviar uma mensagem de enlace ascendente contendo seu ESN completo e uma requisição por recursos usando S3, conforme representado por 783. Após a estação base 702 receber esta mensagem de enlace ascendente, a estação base 702 pode verificar o ESN completo do equipamento de usuário 706 para determinar sua elegibilidade para estar no sistema e para atribuir a ele quaisquer recursos, conforme representado por 798. A estação base 702 então pode enviar para o equipamento de usuário 706 uma mensagem de enlace descendente para atribuição a ele de recursos, conforme mostrado em 777.

sensor 710 pode receber continuamente os sinais de enlace ascendente (f) de uma largura de banda de frequência (B) centralizada em uma frequência central (f_c) . 0 sensor 710 pode converter de forma descendente o sinal de enlace ascendente (f) usando um elemento de recepção e, então, realizar uma amostragem compressiva. A amostragem compressiva é realizada, por exemplo, pela amostragem do sinal de enlace ascendente (f) recebido e,

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32/89 então, pela computação do produto de uma matriz de detecção (Φ) e das amostras para a geração de um sinal detectado (y) . A amostragem pode ser realizada, por exemplo, na largura de banda de frequência (B) correspondente à taxa de Nyquist, consistente com preservar o sinal de enlace ascendente (f) recebido de acordo com o teorema de Shannon. 0 sinal de enlace ascendente (f) recebido pode ser amostrado, por exemplo, de forma periódica, de forma aperiódica ou ambas.

processo de amostragem pode resultar em N amostras, enquanto a computação do produto de uma matriz de detecção (Φ) e das N amostras pode resultar em M valores de sinal detectado (y) . A matriz de detecção (Φ) pode ter dimensões N por M. Estes M valores resultantes de sinal detectado (y) podem ser enviados por um enlace de comunicação para a estação base 702. Uma amostragem compressiva pode reduzir o número de amostras enviadas para a estação base 702 a partir de N amostras para uma abordagem convencional para M amostras, onde M pode ser menor do que N. Se o sensor 710 não tiver um sincronismo de sistema suficiente, a amostragem poderá ser realizada a uma taxa de amostragem mais alta resultando em, por exemplo, 2N amostras. Para este cenário, o sensor 710 pode computar o produto de uma matriz de detecção (Φ) e das 2N amostras de sinal de enlace ascendente (f) resultando em 2M amostras de sinal detectado (y). Assim, o amostrador compressivo pode reduzir o número de amostras enviadas para a estação base 702 a partir de 2N amostras para uma abordagem convencional para 2M amostras, onde M pode ser menor do que N. Para este cenário, a matriz de detecção

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33/89 (Φ) pode ter dimensões de 2N por 2M.

O amostrador compressivo pode computar o sinal detectado (y) pela correlação do sinal de enlace ascendente (f) recebido amostrado, por exemplo, com formas de onda de detecção (fij) selecionadas independentemente da matriz de detecção (Φ) . A seleção das formas de onda de detecção da matriz de detecção (Φ) pode ser sem qualquer conhecimento do sinal de informação (x). Contudo, a seleção de M pode se basear, por exemplo, em uma estimativa da escassez S do sinal de enlace ascendente (f) . Portanto, as M formas de onda de detecção selecionadas da matriz de detecção (Φ) podem ser independentes da matriz de representação esparsa (Ψ) , mas M pode ser dependente de uma estimativa de uma estimativa de uma propriedade do sinal de enlace ascendente (f) recebido. Ainda, a escassez S de sinal de enlace ascendente (f) recebido pode ser controlada, por exemplo, pela estação base 702 pelo envio para o equipamento de usuário 706 de uma mensagem de enlace descendente reconhecendo o equipamento de usuário 706 e configurando o equipamento de usuário 706 para usar a escassez S3 e uma nova matriz de representação esparsa (Ψ) 775.

Uma detecção bem sucedida do sinal de informação (x) pela estação base 702 pode requerer que M seja maior do que ou igual à escassez S. A falta de conhecimento de escassez S pode ser suplantada, por exemplo, pela estação base 702 estimar a escassez S e ajustado após isso. Por exemplo, a estação base 702 pode inicializar M para, por exemplo, o valor de N, o que pode corresponder a nenhum benefício de compressão. Conforme a estação base 702 estima o nível de

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34/89 atividade da banda de frequência B recebida no sensor 710, a estação base 702 pode, por exemplo, ajustar o valor de M. Ao fazer isso, a estação base 702 pode afetar o consumo de potência do sensor 710, por exemplo, pelo ajuste do número de M formas de onda de detecção assim se ajustando a largura de banda de sinais detectados (y) enviados par aa estação base 702 pelo enlace de comunicação.

Ainda, a estação base 702 pode enviar uma instrução para o sensor 710, por exemplo, periodicamente aumentar o valor de M para permitir que a estação base 7 02 avalie completamente a escassez S na banda de frequência B. Além disso, a estação base 702 pode enviar para o sensor 710 uma instrução quanto ao método de seleção de formas de onda de detecção tais como seleção randômica, seleção de acordo com uma programação, outros métodos de seleção ou uma combinação de métodos de seleção. Em alguns casos, o sensor 710 pode precisar comunicar sua seleção de formas de onda de detecção para a estação base 702.

equipamento de usuário 706 pode enviar sinais de presença para notificação da estação base 702 de sua presença. Cada sinal de presença pode ser um sinal informativo gerado, por exemplo, pela seleção e combinação de formas de onda de representação esparsas (^?) de matriz de representação esparsa (Ψ) . A seleção de formas de onda de representação esparsas (^?) de matriz de representação esparsa (Ψ) pode ser configurada, por exemplo, por uma mensagem de tempo de processamento enviada pela estação base 702. Por exemplo, a estação base 702 pode difundir uma mensagem de tempo de processamento que especifique um subconjunto de formas de onda de

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35/89 representação esparsas (y/j) de matriz de representação esparsa (Ψ ) .

A estação base 702 também pode difundir uma mensagem de tempo de processamento de enlace descendente para um equipamento de usuário 706 não reconhecido usar uma forma de onda de representação esparsa (ψι) de matriz de representação esparsa (Ψ) , o que pode ser referido como um sinal piloto (ψο) . 0 sensor 710 pode receber continuamente sinais de enlace ascendente (f), amostrar de forma compressiva sinais de enlace ascendente (f) para gerar um sinal detectado (y), e enviar os sinais detectados (y) para a estação base 702. A estação base 702 então pode detectar o sinal piloto (ψο) no sinal detectado (y) . Uma vez que o sinal piloto (ψο) seja detectado, a estação base 702 pode estimar o ganho de canal (â) entre o equipamento de usuário 706 e o sensor 710 e pode instruir qualquer equipamento de usuário 706, o qual tenha enviado o sinal piloto (ψο) a enviar, por exemplo, uma porção de seu ESN. Se uma colisão ocorrer entre transmissões de enlace ascendente a partir de um equipamento de usuário 706 diferente, métodos de resolução de colisão, tal como o algoritmo Aloha, poderão ser usados para a separação de tentativas subsequentes de transmissão de enlace ascendente pelo equipamento de usuário 706 diferente.

sensor 710 também pode operar independentemente da comunicação entre a estação base 702 e o equipamento de usuário 706. A estação base 702 pode instruir o sensor 710 a usar, por exemplo, M forma de onda de representação esparsa (l/j) de matriz de representação esparsa (Ψ) .

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Ainda, a estação base 702 pode variar o valor de M com base na antecipação, por exemplo, da quantidade de atividade de sinal de enlace ascendente (f) pelo equipamento de usuário 706. Por exemplo, se a estação base 702 antecipar que a escassez S de sinal de enlace ascendente (f) está mudando, ela poderá instruir o sensor 710 a mudar o valor de M. para uma certa matriz de detecção deterministica (Φ) , quando M igual ao valor de N, a matriz de detecção (Φ) no sensor 710 poderá efetivamente se tornar uma transformada de Fourier discreta (DFT).

A FIG. 8 ilustra uma outra modalidade de um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor 800 que usa amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui. Nesta modalidade, o sistema 800 pode prover uma comunicação sem fio em tempo real de largura de banda alta robusta com suporte para alta densidade de usuário. Na FIG. 8, o sistema 800 inclui um equipamento de usuário 806, um sensor 810 e uma estação base 802. A estação base 802 pode receber sinais detectados (y) a partir do sensor 810 como uma entrada para o detector 851 da estação base 802 para gerar uma estimativa do sinal de informação (x), também referido como x. A estação base 802 então pode quantificar esta estimativa para gerar, por exemplo, uma estimativa quantificada do sinal de informação (x), também referida como x. A estimativa do sinal de informação (x) pode ser determinada usando-se, por exemplo, o algoritmo simplex, o algoritmo de norma de €i, o algoritmo de norma de €o, outros algoritmos ou uma combinação de algoritmos. Nesta modalidade, todos os elementos da estimativa do sinal de informação (x) podem

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37/89 ter valores não nulos. Portanto, uma decisão inflexível da estimativa do sinal de informação (x) pode ser realizada para a determinação do sinal de informação (x), o que consiste, por exemplo, em S valores não nulos e N menos S (N-S) valores nulos.

A FIG. 9 ilustra uma modalidade de um método de quantificação 900 de um detector em um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui. A FIG. 9 se refere a etapas na estação base 902 e etapas no quantificador 953 na estação base 902. 0 método 900 começa no sensor 910, o qual pode enviar um sinal detectado (y) para a estação base 902. No bloco 952, o UE 900 pode resolver o sinal detectado (y) para determinar uma estimativa do sinal de informação (x), também referida como x. No bloco 970, o método 900 pode ordenar os elementos da estimativa do sinal de informação (x), por exemplo, a partir do valor maior para o valor menor.

Na FIG. 9, o sinal de informação (x) é aplicado ao quantificador 953. No bloco 971, o método 900 pode determinar a escassez S usando, por exemplo, o sinal detectado (y), a estimativa do sinal de informação (x) ou ambos. Ainda, a estação base 902 pode fixar o valor de S para um equipamento de usuário, pelo envio de uma mensagem de enlace descendente para o equipamento de usuário. A estação base 902 também pode periodicamente varrer quanto a valores apropriados de S pelo envio de diferentes valores de S para o sensor e determinando a escassez S do sinal de enlace ascendente (f) durante algum período de tempo, por exemplo, um a dois segundos. Devido ao fato de o

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38/89 equipamento de usuário poder fazer múltiplas tentativas de acesso, a estação base 902 pode ter a oportunidade de reconhecer uma estimativa ruim de S e instruir o sensor para ajustar seu valor de M. Com um ciclo de carga suficientemente baixo na varredura de S, as vantagens de consumo de potência do uso de uma rede de comunicação sem fio baseada em sensor podem ser preservadas. Desta forma, as atividades de amostragem compressiva pelo sensor 910 podem rastrear de forma adaptativa a escassez dos sinais, o que pode afetá-la. Portanto, o sensor 910 pode minimizar seu consumo de potência, mesmo enquanto realiza continuamente uma amostragem compressiva.

No bloco 972, o método 900 pode usar a escassez S determinada no bloco 971 para reter os índices dos S maiores elementos da estimativa do sinal de informação (x) . No bloco 973, o método 900 pode usar os S índices determinados no bloco 972 para regular os S maiores elementos da estimativa do sinal de informação (x) para o primeiro valor 974. No bloco 975, o método 900 então pode regular os N - S elementos remanescentes da estimativa do sinal de informação (x) para o segundo valor 976. A saída do quantificador 953 pode ser uma estimativa quantificada do sinal de informação (x), referida como x. 0 primeiro valor 974 pode ser, por exemplo, um 1 lógico. Ainda, o segundo valor 976 pode ser, por exemplo, um zero lógico.

A FIG. 10 é um gráfico que ilustra um exemplo do tipo de matriz de representação esparsa e matriz de detecção usadas no sistema de comunicação sem fio baseado em sensor 100, 200, 300, 400, 600 e 800 usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui. Em uma

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39/89 modalidade, um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva pode usar matrizes randômicas para a matriz de representação esparsa (Ψ) e a matriz de detecção (Φ) . As matrizes randômicas são compostas, por exemplo, por valores gaussianos distribuídos de forma independente e idêntica (iid).

Em uma outra modalidade, um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva pode usar matrizes determinísticas para a matriz de representação esparsa (Ψ) e a matriz de detecção (Φ). As matrizes determinísticas são compostas, por exemplo, por uma matriz identidade para a matriz de representação esparsa (Ψ) e uma matriz cosseno para a matriz de detecção (Φ) . Uma pessoa de conhecimento comum na técnica reconhecería que muitos tipos diferentes e combinações de matrizes poderíam ser usados para um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva.

A FIG. 11 ilustra uma modalidade de equipamento de usuário 1100, o qual pode ser usado no sistema de comunicação sem fio baseado em sensor 100, 200, 300, 400, 600 e 800 usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui. Na FIG. 11, o equipamento de usuário 1100 pode incluir o modulador 1140, para a modulação de uma mensagem de enlace ascendente para a formação de um sinal de informação (x). 0 gerador 1141 pode receber o sinal de informação (x) e pode aplicar uma matriz de representação esparsa (Ψ) 1143 ao sinal de informação (x) para a geração de um sinal de enlace ascendente (f), o qual é transmitido pelo transmissor de

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40/89 enlace ascendente 1142 usando, por exemplo, a antena 1364. O equipamento de usuário 1100 também pode incluir um receptor de enlace descendente 1148 para a conversão descendente de um sinal de enlace descendente recebido pela antena 1164. 0 sinal de enlace descendente recebido então pode ser processado pelo demodulador 1149 para a geração de uma mensagem de enlace descendente.

Nesta modalidade, o equipamento de usuário 1100 pode incluir um oscilador 1162 para marcar o tempo do equipamento de usuário 1100 e manter um sincronismo de sistema, um suprimento de potência 1163, tal como uma batería 1361 para ativação do equipamento de usuário 1100, dispositivos de entrada / saída 1367, tais como um teclado e um visor, uma memória 1360 acoplada ao controlador 1147 para controle da operação do equipamento de usuário 1100, outros elementos ou uma combinação de elementos. Uma pessoa de conhecimento comum na técnica reconhecerá os elementos típicos encontrados em um equipamento de usuário.

A FIG. 12 ilustra uma modalidade de um sensor 1200, o qual pode ser usado no sistema de comunicação sem fio baseado em sensor 100, 200, 300, 400, 600 e 800 usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui. Na FIG. 12, o sensor 1200 pode incluir o elemento de recepção 1230 para conversão descendente de um sinal de enlace ascendente (f) recebido, por exemplo, pela antena 1264. 0 amostrador compressivo 1231 pode aplicar uma matriz de detecção (Φ) 1233 ao sinal de enlace ascendente (f) para a geração de um sinal detectado (y), o qual pode ser enviado usando-se um transmissor de sensor 1232.

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Nesta modalidade, o sensor 1200 pode incluir um oscilador 1262 para marcação do tempo do sensor 1200 e manutenção de um sincronismo de sistema, um suprimento de potência 1263, tal como uma batería, para acionamento do equipamento de usuário 1100, uma memória 1260 acoplada a um controlador ou uma máquina de estado 1237 para controle da operação do sensor 1200, outros elementos ou uma combinação de elementos. 0 controlador 1237 pode ser implementado em hardware, software ou firmware, ou qualquer combinação dos mesmos. Ainda, o controlador 1237 pode incluir um microprocessador, um processador de sinal digital, uma memória, uma máquina de estado ou qualquer combinação dos mesmos.

A FIG. 13 ilustra uma modalidade de estação base 1300, a qual pode ser usada no sistema de comunicação sem fio baseado em sensor 100, 200, 300, 400, 500, 600 e 800 usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui. Na FIG. 13, na direção de enlace ascendente, a estação base 1300 pode incluir um coletor

1350 para a coleta do sinal detectado (y) . 0 detector

1351 pode receber o sinal detectado (y) coletado e pode usar uma matriz de detecção (Φ) 1233 e uma matriz de representação esparsa (Ψ) 1143 para a estimativa e a detecção de um sinal de informação (x) a partir do sinal detectado (y) coletado. 0 controlador 1357 pode avaliar o sinal de informação detectado (x) para a determinação da mensagem de enlace ascendente. Na direção de enlace descendente, a estação base 1300 pode incluir um modulador 1359 para modulação de uma mensagem de enlace descendente e uma interface de transmissor de enlace descendente 1358

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42/89 para envio dos sinais de enlace descendente modulados.

Nesta modalidade, a estação base 1300 pode incluir um oscilador 1362 para a medição do tempo da estação base 1300 e manutenção do sincronismo do sistema, um suprimento de potência 1363 para acionamento da estação base 1300, uma memória 1360 acoplada ao controlador 1337 para controle da operação da estação base 1300, um controlador de sensor 1344 para controle de um sensor, um controlador de transmissor de enlace descendente para controle de um transmissor de enlace descendente, outros elementos ou uma combinação de elementos.

Em uma modalidade, o sistema de comunicação sem fio baseado em sensor 100, 200, 300, 400, 600 e 800 pode usar uma pluralidade de sensores 110 a 113, 210 a 213, 310, 610, 710, 810, 1200 e 1310 para o processamento do sinal de enlace ascendente (f) para se permitir a detecção conjunto de um sinal de presença na estação base 102, 202, 302, 602, 702, 802 e 1302 pelo uso de técnicas de processamento de sinal de arranjo de antena, técnicas de processamento de sinal de MIMO, técnicas de formação de feixe, outras técnicas ou uma combinação de técnicas. 0 uso de uma pluralidade de sensores 110 a 113, 210 a 213, 310, 610, 710, 810, 1200 e 1310 pode permitir que o valor de M seja mais baixo em cada sensor 110 a 113, 210 a 213, 310, 610, 710, 810, 1200 e 1310. Portanto, o consumo de potência de cada sensor 110 a 113, 210 a 213, 310, 610, 710, 810, 1200 e 1310 pode ser reduzido pela colocação da pluralidade de sensores 110 a 113, 210 a 213, 310, 610, 710, 810, 1200 e 1310, por exemplo, em um emprego mais denso.

Em uma outra modalidade, o sistema de comunicação sem

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43/89 fio baseado em sensor 100, 200, 300, 400, 600 e 800 pode empregar os sensores 110 a 113, 210 a 213, 310, 610, 710, 810, 1200 e 1310 para se permitir, tipicamente, que dois sensores 110 a 113, 210 a 213, 310, 610, 710, 810, 1200 e 1310 recebam sinais de enlace ascendente (f) transmitidos pelo equipamento de usuário 706. Um emprego como esse pode ser em um ambiente interno, onde os sensores 110 a 113, 210 a 213, 310, 610, 710, 810, 1200 e 1310 podem ser empregados, por exemplo, a uma distância de separação de trinta metros com um expoente de perda de percurso entre dois ou três. Os sensores 110 a 113, 210 a 213, 310, 610, 710, 810, 1200 e 1310 podem ser empregados, cada um, para cobrirem uma área maior; contudo, o expoente de perda de percurso pode ser menor. Para uma detecção bem sucedida, a probabilidade de detecção de um único sinal de presença pode ser acima de dez por cento.

Em uma outra modalidade, o sistema de comunicação sem fio baseado em sensor 100, 200, 300, 400, 600 e 800 pode empregar o sensor 110 a 113, 210 a 213, 310, 610, 710, 810, 1200 e 1310 em macrocélulas para suporte, por exemplo, de uma comunicação veicular, uma outra comunicação ou uma combinação de comunicação. Ainda, o sensor 110 a 113, 210 a 213, 310, 610, 710, 810, 1200 e 1310 pode ser empregado em microcélulas para suporte, por exemplo, de uma comunicação de pedestre, uma comunicação em ambiente interno, uma comunicação em escritório, uma outra comunicação, ou uma combinação de comunicação.

No sistema 100, 200, 300, 400, 600 e 800, um canal 620 e 820 pode ser estático com um ganho de canal (a) 621 e 821 e um ruído de canal (v) 622 e 821 pode ser um ruído

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44/89 gaussiano branco aditivo (AWGN). O ruído de canal (v) 622 e 821 pode incluir um sinal aditivo, o qual pode distorcer a vista do receptor da informação de interesse. A fonte do ruído de canal (v) pode ser, por exemplo, ruído térmico em uma antena de recepção, interferência de cocanal, interferência de canal adjacente, outras fontes de ruído ou uma combinação de fontes de ruído. Ainda, o sensor 110 a 113, 210 a 213, 310, 610, 710, 810, 1200 e 1310; o equipamento de usuário 106, 206, 306, 606, 706, 806 e 1100; a estação base 102, 202, 302, 602, 702, 802 e 1302; ou qualquer combinação dos mesmos pode ser suficientemente sincronizada no sincronismo, frequência, fase, outras condições ou uma combinação de condições dos mesmos. Além disso, pode haver apenas um sensor 110 a 113, 210 a 213, 310, 610, 710, 810, 1200 e 1310; um equipamento de usuário 106, 206, 306, 606, 706, 806 e 1100; uma estação base 102, 202, 302, 602, 702, 802 e 1302; ou qualquer combinação dos mesmos.

esquema de amostragem compressiva pode usar uma matriz de representação esparsa (Ψ) e uma matriz de detecção (Φ) que, por exemplo, sejam um par randômico, um par determinístico ou qualquer combinação dos mesmos. Para estas matrizes, a estação base 102, 202, 302, 602, 702, 802 e 1302, o sensor 110 a 113, 210 a 213, 310, 610, 710, 810, 1200 e 1310, o equipamento de usuário 106, 206, 306, 606, 706, 806 e 1100 ou qualquer combinação dos mesmos pode ser provido, por exemplo, com a matriz de representação esparsa (Ψ) , a matriz de detecção (Φ) ou ambos, uma informação tal como um valor de semente para a geração da matriz de representação esparsa (Ψ), da

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45/89 matriz de detecção (Φ) ou de ambas, ou qualquer combinação das mesmas. A estação base 102, 202, 302, 602, 702, 802 e 1302 pode saber quais matriz de representação esparsa (Ψ) e matriz de detecção (Φ) estão sendo usadas. A estação base 102, 202, 302, 602, 702, 802 e 1302 pode instruir o sensor 110 a 113, 210 a 213, 310, 610, 710, 810, 1200 e 1310 para usar um conjunto específico de M formas de onda de detecção de matriz de detecção (Φ). Ainda, a estação base 102, 202, 302, 602, 702, 802 e 1302 pode instruir o equipamento de usuário 106, 206, 306, 606, 706, 806 e 1100 e o sensor 110 a 113, 210 a 213, 310, 610, 710, 810, 1200 e 1310 que o sinal de enlace ascendente consiste, por exemplo, em N intervalos ou chips.

As matrizes randômicas mencionadas anteriormente, as matrizes determinísticas ou ambas podem ser geradas apenas uma vez ou podem não mudar, caso geradas de novo. Ainda, estas matrizes podem ser geradas de novo após algum tempo, por exemplo, em uns poucos segundos. Também, estas matrizes podem ser geradas de novo a cada vez em que elas forem para serem usadas. Em qualquer caso, o detector, o qual inclui o solucionador, da estação base 102, 202, 302, 602, 702, 802 e 1302 pode conhecer a matriz de representação esparsa (Ψ) usada pelo equipamento de usuário 706, bem como a matriz de detecção (Φ) usada pelo amostrador. Uma pessoa de conhecimento comum na técnica reconhecerá que isto não significa que a estação base deve prover as matrizes. Por outro lado, por exemplo, o equipamento de usuário 106, 206, 306, 606, 706, 806 e 1100 e a estação base 102, 202, 302, 602, 702, 802 e 1302 podem trocar a matriz de representação esparsa (Ψ) de acordo com, por exemplo, uma função de

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46/89 pseudo-ruído (pn) do tempo do sistema. De modo similar, o sensor 110 a 113, 210 a 213, 310, 610, 710, 810, 1200 e 1310 e a estação base 102, 202, 302, 602, 702, 802 e 1302

podem trocar	a matriz	de	detecção (Φ) de acordo	com,	por
exemplo, uma	função	de	pseudo-ruído	(pn) do	tempo	do
sistema.
A FIG.	14 ilustra resultados	simulados	de	uma

modalidade de detecção de um equipamento de usuário em um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui, onde a performance do sistema 800 foi medida usando-se N = 10, M = 5, S = lou2, e matrizes randômicas. A ilustração gráfica em sua totalidade é referida por 1400. A magnitude logaritmica da relação de sinal para ruído (SNR) é mostrada na abscissa 1401 e é plotada na faixa de 0 decibel (dB) a 25 dB. A probabilidade de detecção (Pr(detect)) é mostrada na ordenada 1402 e é plotada na faixa de zero, correspondente à probabilidade zero, a um, correspondente a uma probabilidade de cem por cento. Os gráficos 1403, 1404 e 1405 representam resultados de simulação para o sistema 800, onde N é dez, M é cinco, S é um ou dois e os valores gaussianos randômicos iid são usados para o preenchimento da matriz de representação esparsa (Ψ) e da matriz de detecção (Φ). 0 gráfico 1403 mostra a probabilidade de detecção de uma entrada não nula em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x), onde S é um. 0 gráfico 1404 mostra a probabilidade de detecção de uma entrada não nula em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x) , onde S é dois. 0 gráfico 1405 mostra a

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47/89 probabilidade de detecção de duas entradas não nulas em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x), onde S é dois.

A FIG. 15 ilustra resultados simulados de uma modalidade de sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui, onde a performance do sistema 800 foi medida usando-se N = 20, M = 10, S = 1 ou 2, e matrizes randômicas. A ilustração gráfica em sua totalidade é referida por 1500. A magnitude logaritmica da relação SNR é mostrada na abscissa 1501 e é plotada na faixa de 0 dB a 25 dB. A probabilidade de detecção (Pr(detect)) é mostrada na ordenada 1502 e é plotada na faixa de zero, correspondente à probabilidade zero, a um, correspondente a uma probabilidade de cem por cento. Os gráficos 1503, 1504, 1505, 1506 e 1507 representam resultados de simulação para o sistema 800, onde N é vinte, M é dez, S é um ou dois e os valores gaussianos randômicos iid são usados para o preenchimento da matriz de representação esparsa (Ψ) e da matriz de detecção (Φ) . 0 gráfico 1503 mostra a probabilidade de detecção de uma entrada não nula em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x), onde S é um. 0 gráfico 1504 mostra a probabilidade de detecção corretamente de uma entrada não nula em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x), onde S é dois. 0 gráfico 1505 mostra a probabilidade de detecção corretamente de nenhuma entrada não nula em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x), onde S é um. 0 gráfico 1506 mostra a probabilidade de detecção corretamente de nenhuma entrada não nula em uma estimativa

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48/89 quantificada do sinal de informação (x), onde S é dois. O gráfico 1507 mostra a probabilidade de detecção corretamente de uma entrada não nula em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x), onde S é dois.

A FIG. 16 ilustra resultados simulados de uma modalidade de sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui, onde a performance do sistema 800 foi medida usando-se N = 10, M = 3, S = 1, e matrizes deterministicas ou randômicas. A ilustração gráfica em sua totalidade é referida por 1600. A magnitude logaritmica da relação SNR é mostrada na abscissa 1601 e é plotada na faixa de 0 dB a 25 dB. A probabilidade de detecção (Pr (detect)) é mostrada na ordenada 1602 e é plotada na faixa de zero, correspondente à probabilidade zero, a um, correspondente a uma probabilidade de cem por cento. Os gráficos 1603, 1604, 1605, 1606 e 1607 representam resultados de simulação para o sistema 800, onde N é vinte, M é dez, S é um ou dois e os valores deterministicos são usados para o preenchimento da matriz de representação esparsa (Ψ) e da matriz de detecção (Φ) . 0 gráfico 1603 mostra a probabilidade de detecção corretamente de uma entrada não nula em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x) , onde S é um. 0 gráfico 1604 mostra a probabilidade de detecção corretamente de duas entradas não nulas em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x), onde S é dois. 0 gráfico 1605 mostra a probabilidade de detecção corretamente de nenhuma entrada não nula em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x), onde S é um. 0 gráfico 1606 mostra a probabilidade de detecção

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49/89 corretamente de nenhuma entrada não nula em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x), onde S é dois. 0 gráfico 1607 mostra a probabilidade de detecção corretamente de uma entrada não nula em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x), onde S é dois.

A FIG. 17 ilustra resultados simulados de uma modalidade de sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui, onde a performance do sistema 800 foi medida usando-se N = 10, M = 3, S = 1, e matrizes randômicas ou determinísticas. A ilustração gráfica em sua totalidade é referida por 1700. A magnitude logarítmica da relação SNR é mostrada na abscissa 1701 e é plotada na faixa de 0 dB a 45 dB. A probabilidade de detecção (Pr (detect)) é mostrada na ordenada 1702 e é plotada na faixa de zero, correspondente à probabilidade zero, a um, correspondente a uma probabilidade de cem por cento. Os gráficos 1703, 1704, 1705 e 1706 representam resultados de simulação para o sistema 800, onde N é dez, M é três e S é um. 0 gráfico 1703 mostra a probabilidade de detecção corretamente de uma entrada não nula em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x), onde matrizes determinísticas são usadas. 0 gráfico 1704 mostra a probabilidade de detecção corretamente de uma entrada não nula em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x), onde matrizes randômicas gaussianas iid são usadas. 0 gráfico 1705 mostra a probabilidade de detecção corretamente de nenhuma entrada não nula em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x), onde matrizes randômicas gaussianas iid são usadas. 0 gráfico 1706 mostra

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50/89 a probabilidade de detecção corretamente de nenhuma entrada não nula em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x), onde matrizes deterministicas são usadas.

A FIG. 18 ilustra resultados simulados de uma modalidade de sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui, onde a performance do sistema 800 foi medida usando-se N = 10, M = 5, S = 2, e matrizes randômicas. A ilustração gráfica em sua totalidade é referida por 1800 . A magnitude logaritmica da relação SNR é mostrada na abscissa 1801 e é plotada na faixa de 0 dB a 50 dB. A probabilidade de detecção (Pr(detect)) é mostrada na ordenada 1802 e é plotada na faixa de zero, correspondente à probabilidade zero, a um, correspondente a uma probabilidade de cem por cento. Os gráficos 1803, 1804, 1805 e 1806 representam resultados de simulação para o sistema 800, onde N é dez, M é cinco, S é dois, matrizes gaussianas randômicas iid são usadas para a matriz de representação esparsa (Ψ) e a matriz de detecção (Φ) e matrizes randômicas são geradas antes de cada transmissão. 0 gráfico 1803 mostra a probabilidade de detecção de duas entradas não nulas em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x). 0 gráfico 1804 mostra a probabilidade de detecção corretamente de duas entradas não nulas em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x), onde quaisquer duas formas de onda de detecção (^j) de matriz de detecção (Φ) são substancialmente incoerentes. 0 gráfico 1805 mostra a probabilidade de detecção corretamente de uma entrada não nula em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x), onde quaisquer

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51/89 duas formas de onda de detecção de matriz de detecção (Φ) são substancialmente incoerentes. Especificamente, o gráfico 1804 e o gráfico 1805 também representam o efeito de rejeição de quaisquer duas formas de onda de detecção de matriz de detecção (Φ) tendo uma magnitude de correlação maior do que 0,1. 0 gráfico 1806 mostra a probabilidade de detecção corretamente de nenhuma entrada não nula em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x), onde S é dois. 0 gráfico 1807 mostra a probabilidade de detecção corretamente de uma entrada não nula em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x).

A FIG. 19 ilustra resultados simulados de uma modalidade de sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui, onde a performance do sistema 800 foi medida usando-se N = 10, M = 3, S = 1, matrizes randômicas e um número variado de tentativas. Ainda, a matriz de representação esparsa (Ψ) e a matriz de detecção (Φ) foram variadas antes de cada transmissão do sinal de informação (x) . A ilustração gráfica em sua totalidade é referida por 1900. A magnitude logaritmica da relação SNR é mostrada na abscissa 1901 e é plotada na faixa de 0 dB a 50 dB. A probabilidade de detecção (Pr (detect)) é mostrada na ordenada 1902 e é plotada na faixa de zero, correspondente à probabilidade zero, a um, correspondente a uma probabilidade de cem por cento. Os gráficos 1903, 1904, 1905, 1906 e 1907 representam resultados de simulação para o sistema 800, onde N é dez, M é três, S é um, matrizes gaussianas randômicas iid são

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52/89 usadas para a matriz de representação esparsa (Ψ) e a matriz de detecção (Φ) e matrizes randômicas são geradas de novo antes de cada transmissão. 0 gráfico 1903 mostra a probabilidade de detecção de uma entrada não nula em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x), onde duas formas de onda de detecção de matriz de detecção (Φ) são substancialmente incoerentes e duas centenas de tentativas são realizadas. Especificamente, o gráfico 1903 também representa o efeito de rejeição de quaisquer duas formas de onda de detecção de matriz de detecção (Φ) tendo uma magnitude de correlação maior do que 0,1. 0 gráfico 1904 mostra a probabilidade de detecção corretamente de uma entrada não nula em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x), onde duas centenas de tentativas são realizadas. 0 gráfico 1905 mostra a probabilidade de detecção corretamente de uma entrada não nula em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x), onde quatro mil tentativas são realizadas. 0 gráfico 1906 mostra a probabilidade de detecção corretamente de uma entrada não nula em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x), onde mil tentativas são realizadas. 0 gráfico 1907 mostra a probabilidade de detecção corretamente de uma entrada não nula em uma estimativa quantificada do sinal de informação (x), onde duas mil tentativas são realizadas.

A FIG. 20 é um exemplo de matrizes determinísticas usadas em uma modalidade de um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui. 0 exemplo das matrizes determinísticas é coletivamente referido como

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2000. As matrizes 2001 e 2002 são representativas das matrizes deterministicas que podem ser usadas nos sistemas 100, 200, 300, 400, 600 e 800, onde N é dez e M é cinco. A matriz 2001 pode representar a transformada da matriz de detecção (Φ) . A matriz 2002 pode representar a matriz de representação esparsa (Ψ ) .

A FIG. 21 é um exemplo de matrizes randômicas usadas em uma modalidade de um sistema de comunicação sem fio baseado em sensor usando amostragem compressiva de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui. 0 exemplo das matrizes randômicas é coletivamente referido como 2100. As matrizes 2101 e 2102 são representativas de matrizes randômicas que podem ser usadas nos sistemas 100, 200, 300, 400, 600 e 800, onde N é dez e M é cinco. A matriz 2101 pode representar a transformada da matriz de detecção (Φ) . A matriz 2102 pode representar a matriz de representação esparsa (Ψ ) .

Uma forma diferente de amostragem é mostrada na Figura 22. Esta figura é com base em [CW08] . 0 amostrador na Figura 22 é um conjunto de formas de onda de detecção, Φ. 0 sinal, x, pode ser recuperado sem erro, se f for esparso. Um sinal N dimensional é esparso em S, se na referência f = Ψχ, x apenas tiver S entradas não nulas (veja [CW08, página 23]) . Os parâmetros de representação são parâmetros os quais caracterizam as variáveis na expressão f = Ψχ. Estes parâmetros incluem o número de linhas em Ψ, isto é, N, os valores dos elementos de Ψ e o número de entradas não nulas em x, isto é, S. As etapas de amostragem e recuperação na Figura 22 são substituídas por um novo par de operações, detecção e resolução.

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Etapa 1. Detecção.

y_k = <f, q>k), k e J, de modo que J cz {1, ..., N} (4)

Etapa 2. Resolução.

INI.·, sujeito a y* (5)

As Equações (1) e (2) são a partir de [CW08, equações 4 e 5] . Na Eq. (1) , os parênteses { ) denotam o produto interno, também denominado correlação. A norma /1, indicada por ||x||/ , e a soma dos valores absolutos dos elementos de seu argumento.

De modo a usar tão poucas formas de onda de detecção quanto possível, a coerência entre os vetores da base, Ψ e os vetores usados para a detecção tomados a partir de Φ devem ser baixos [CW08, equações 3 e 6]. A coerência, μ, é dada por:

^(Φ,Ψ) = TN , ₍θ_}

Método de Amostragem Incoerente para projeto de um sistema de amostragem (compare com [CW08]) é:

1. Modelar f e descobrir uma Ψ na qual f é esparso em S.

2. Escolher uma Φ a qual seja incoerente com Ψ.

3. Selecionar randomicamente M colunas de Φ, onde M >

S.

4. Amostrar f usando os vetores φ selecionados para a produção de y.

5. Passar Ψ, Φ e y para um minimizador de li e recuperar x.

Um método o qual pode ser aplicado para minimização de li é o método simplex [LY08].

Uma modalidade da invenção mostrada na Figura 23

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55/89 inclui um receptor de potência baixa. As porções de RF no receptor de potência baixa podem ser implementadas conforme ensinado em [ESY05, KJR+06]. A figura representa um sistema de acesso múltiplo 2300. Os esquemas de acesso múltiplo que podem ser usados no sistema incluem FDMA, TDMA, DS-CDMA, TD/CDMA usando modos de FDD e TDD [Cas04, pp. 23-45, 109] e o esquema de acesso de OFDM [AAN08] . 0 sistema inclui um equipamento de usuário ou UE 2206 e uma inf raestrutura 2210. 0 UE 2206 inclui uma estação móvel, um computador laptop equipado com rádio - celular, e um smartphone. A infraestrutura 2210 inclui as partes do sistema celular, o qual não é o UE, tais como os amostradores remotos 2212, a estação base 2216, um cérebro central, e a torre de DL 2222. Cada estação base 2216 será alimentada por mais de um amostrador remoto 2212, em geral. Os amostradores remotos 2212 podem ser empregados em um sistema usando o conceito de Cérebro Central, ou em um sistema não usando o conceito de Cérebro Central.

Uma conversão inclui a representação de uma forma de onda de entrada em alguma outra forma adequada para transmissão ou computação. Os exemplos são um deslocamento da frequência de um sinal (conversão descendente), a mudança de forma analógica para digital (conversão de A para D).

cérebro central é um componente de infraestrutura de potência alta, o qual pode realizar computações a uma velocidade muito alta com um custo aceitável. 0 cérebro central inclui componentes de infraestrutura os quais podem se comunicar com as estações base rapidamente, de modo que muitas atividades de computação de camada física possam ser

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56/89 realizadas no Cérebro Central. Um controle por rádio através da estação base e da torre de DL não é tão lento para ser impraticável suplantar prejuízos de comunicações associados à taxa de desvanecimento do canal. 0 Cérebro Central e a Estação Base podem ser fisicamente o mesmo computador ou componente de infraestrutura. 0 transmissor de estação base está localizado na torre de DL (enlace descendente) 2222, a qual inclui uma torre de celular convencional, transmissores de celular montados em edificações, postes de luz ou unidades de potência baixa em escritórios.

enlace descendente, DL 2220 é o fluxo de energia de RF portando uma informação a partir da infraestrutura para o equipamento de usuário ou UE. Isto inclui sinais de rádio transmitidos pela torre de DL 2222 e recebidos por um UE 2206 .

desvanecimento inclui descrições de como um sinal de rádio pode ser ricocheteado por muitos refletores e as propriedades da soma resultante das reflexões. Por favor, veja [BB99, Cap. 13] para maiores informações sobre desvanecimento.

Os parâmetros ambientais incluem o alcance a partir do UE até o amostrador remoto, o alcance a partir do UE até a torre de DL, a SNR em qualquer amostrador remoto de interesse e qualquer sinal de co-canal o qual esteja presente e qualquer desvanecimento.

Há vários tipos de acesso em sistemas celulares. 0 acesso randômico do Aloha ocorre quando o UE deseja atingir a infraestrutura, mas a infraestrutura não sabe onde o UE está. Uma troca de dados de duas vias ocorre após ter sido

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57/89 dada permissão ao UE para usar o sistema e canais de UL e de DL terem sido atribuídos. Para maiores discussões de acesso, por favor, veja [Cas09, p. 119].

Os canais incluem formas de onda permitidas parametrizadas por tempo, frequência, código e/ou limitações de espaço. Um exemplo seria um intervalo de TDMA em particular em um setor de célula em particular em um sistema de GSM. Dados de usuário e/ou uma informação de sinalização necessários para manutenção da conexão celular são enviados por canais.

termo estação base é usado geralmente para incluir uma descrição de uma entidade a qual recebe sinais portados em fibra a partir de amostradores remotos, hospeda o solucionador de 11 e quantificador e opera de forma inteligente (isto é, roda um software de computador) para reconhecimento das mensagens detectadas pelo quantificador para a realização de trocas de protocolo com UEs fazendo uso do DL. Ela gera as mensagens de tempo de processamento enviadas pelo DL. Funcionalmente faz parte do conceito de Cérebro Central criado pelo RIM. Um solucionador inclui um dispositivo o qual usa a medida de distância 11. Esta distância é medida como a soma dos valores absolutos das diferenças em cada dimensão. Por exemplo, uma distância entre (1,0, 1,5, 0,75) e (0, 2,0, 0,5) é |1 - 0| + |1,5 2,01 + |0,75 - 0,51 =1,75. Um quantificador inclui um dispositivo o qual aceita uma estimativa como entrada e produz um de um conjunto finito de símbolos de informação ou palavras como uma saída.

receptor de estação base, um solucionador, um quantificador e um controlador estão todos no ponto

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58/89 denominado estação base 2216 na figura. A estação base 2216 e a torre de DL 2222 poderíam estar co-localizadas, e em qualquer evento elas são completamente conectadas para fins de sinalização. Um enlace ascendente 2224 é o fluxo de energia de RF portando informação a partir do UE 2206 para a infraestrutura 2210. Isto inclui sinais de rádio transmitidos pelo UE 2206 e recebidos por um ou mais amostradores remotos 2212.

Os sistemas celulares proveem acesso múltiplo a muitos usuários móveis para uma comunicação de duas vias em tempo real. Os exemplos destes sistemas são GSM, IS-95, UMTS e UMTS-Wi-Fi [Cas05, p. 559].

Uma rede mista macro / microcelular inclui grandes células para veículos e células pequenas para pedestres [Cas04, p. 45] . Para uma perspectiva geral sobre o projeto de um sistema celular, os sistemas de GSM ou WCDMA são sistemas de referência adequados. Isto é, eles exibem arranjos de estações móveis (UEs), estações base, controladores de estação base e assim por diante. Nesses sistemas, vários regimes de sinalização são usados, dependendo da fase de comunicação entre o UE e a infraestrutura, tais como acesso randômico, envio de radiochamada, alocação de recurso (atribuição de canal), sinalização de tempo de processamento (sincronismo, id de sistema piloto, canais admitidos para acesso), envio de mensagem de transferência de ponto a ponto, sinais de treinamento ou pilotos no enlace ascendente e no enlace descendente, e uma comunicação de regime permanente (voz ou dados, pacote ou circuito).

A alimentação de um sinal analógico para uma estação

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59/89 base através de uma fibra foi apresentada em [CG91] . Em Chu, um tipo de transdutor é afixado a uma antena e alimenta uma fibra. 0 transdutor em [CG91] não amostra o sinal de RF, ele simplesmente o converte em energia ótica usando um transmissor a laser analógico. Parte da novidade desta invenção é quanto ao número e à natureza de valores enviados para a estação base a partir de uma antena remota e como o número e a natureza são controlados.

A Figura 24 frequentemente é pensada no contexto de uma amostragem sem perda. Se o espectro de potência de um sinal A(f) for zero para |f| > fmax, então, o sinal de domínio de tempo a(t) poderá ser representado com base em amostras discretas tomadas a uma taxa de 2fmax [Pro83, página 71] . Neste cenário geral, a única coisa que o amostrador sabe sobre A(f) é que ele é zero acima de fmax.

Para um sistema de rádio no qual o amostrador é travado para a taxa de chip, em geral, uma amostragem sem perda consistiría em uma amostragem uma vez por chip. Para uma forma de onda de N chips, a qual inclui um quadro definido em N pontos no tempo sequenciais discretos, isto significaria N amostras por palavra de código de nível de chip. 0 quadro podería ser um quadro pronto para conversão em passa banda para transmissão, ou podería simplesmente ser um quadro de valores booleanos, reais ou complexos dentro de um dispositivo de computação ou uma memória. Em uma modalidade desta invenção, N formas de onda de chip são detectadas com M valores, onde M < N. Quadro também inclui uma coleção de amostras no tempo capturadas em sequência. Também pode descrever uma coleção de valores booleanos (ou reais ou complexos) gerados em sequência.

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Ruído inclui um sinal aditivo, o qual distorce a vista do receptor da informação que ele busca. A fonte pode ser ruído térmico na antena de recepção, ou pode ser sinais de rádio de co-canal de fontes indesejadas ou outras desejadas, ou pode surgir de outras fontes. A teoria básica de detecção de sinal em ruído é tratada em [BB9 9, Cap. 2.6],

A performance inclui quão bem um sistema de rádio está indo de acordo com uma operação de pretendida do projetista. Por exemplo, o projetista pode desejar que, quando um UE for ligado e reconhecer um sinal de tempo de processamento, ele envie uma mensagem alertando à estação base. A performance da detecção de estação base deste sinal inclui a probabilidade de a estação base reconhecer uma transmissão única daquela mensagem. A performance varia, dependendo dos parâmetros do sistema e de fatores ambientais. Os parâmetros do sistema incluem o comprimento de quadros de mensagem, o número de formas de onda de detecção e a escassez das mensagens sendo enviadas.

enlace ascendente é o fluxo de energia de RF portando informação a partir do UE para a infraestrutura. Isto inclui sinais de rádio transmitidos pelo UE e recebidos por um ou mais amostradores remotos. Uma amostragem incoerente inclui um tipo de amostragem compressiva a qual se baseia em formas de onda de detecção (colunas de Φ) , as quais não são relacionadas com a base, Ψ, em que o sinal de entrada é esparso. Este relatório mostra uma amostragem simples e uma transmissão de dados de taxa baixa para conservação de potência de batería no amostrador remoto, por favor, veja a Figura 25. Uma

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61/89 amostragem compressiva inclui uma técnica em que uma propriedade especial do sinal de entrada, a escassez, é explorada para a redução do número de valores necessários para se representar de forma confiável (em um sentido estatístico) um sinal, sem perda de uma informação desejada. Aqui estão alguns pontos gerais sobre a arquitetura inventiva.

1. 0 sistema celular geral continua a operar com uma performance plena, mesmo se um amostrador parar de funcionar.

2. Os amostradores remotos são amplamente distribuídos com um espaçamento de 30 a 300 m em ambientes de edificação / cidade.

3. A estação base não é limitada em sua potência de computação.

4. 0 enlace descendente de sistema celular é provido por uma torre de celular convencional, sem uma limitação de potência de RF não usual.

5. A batería do UE é para ser conservada, o nível de potência de transmissão de dados de carga útil de alvo é de 10 a 100 pWatts.

6. Qualquer dado amostrador remoto é conectado à estação base por uma fibra ótica. Uma alternativa para empregos de amostrador selecionados seria um cabo coaxial.

7. Se possível, o amostrador remoto deve operar com a potência da batería. Usar uma potência de linha (110 V, 60 Hz nos Estados Unidos) é uma outra possibilidade.

A partir das características gerais do sistema, nós inferimos os traços a seguir de um amostrador remoto.

1. 0 amostrador remoto é muito barato, quase

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62/89 descartável.

2. A batería do amostrador remoto deve durar de 1 a 2 anos.

3. O orçamento de potência de amostrador remoto não permitirá a execução de algoritmos de detecção / demodulação / decodificação de receptor.

4. O amostrador remoto terá uma cadeia de conversão descendente de RF e algum esquema para a detecção de amostras digitais para a estação base.

5. 0 amostrador remoto não terá inteligência de computador para reconhecer quando um UE está sinalizando.

6. 0 amostrador remoto pode receber instruções a partir da estação base relacionadas à conversão descendente e à amostragem.

Os exemplos de esquemas de modulação são QAM e PSK e variedades diferenciais [Pro83, pp. 164, 188], modulação codificada [BB99, Cap. 12].

A partir desses traços, estas Regras de Projeto emergem:

Regra A: empurrar todas as tarefas de computação opcionais do amostrador para a estação base.

Regra B: reduzir a taxa de transmissão de amostrador na fibra para o nível mais baixo harmonioso com uma boa performance do sistema.

Regra C: em uma transigência entre o esforço geral do sistema e a economia de batería de amostrador, gastar demais no esforço.

Regra D: tornar o amostrador robusto para mudanças evolutivas de camada física sem depender de uma transferência (via download) de CPU.

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A partir das Regras de Projeto, nós chegamos ao projeto esboçado nas Figuras 23 e 25. Nesse relatório, nós nos concentramos no problema de alertar à estação base quando um UE previamente não reconhecido (equipamento de usuário ou estação móvel) estiver presente. A situação é similar a um dos cenários de acesso descritos em [LKL+08, Caso 1], exceto pelo fato de nós não termos tratado de controle de potência ou interferência aqui. Há métodos bem conhecidos para controle destes problemas. 0 amostrador opera travado para um relógio de sistema provido pela estação base.

Por favor, faça uma referência à Figura 26 para uma ilustração das mensagens que são enviadas em um evento de acesso de sistema celular em que este relatório é concentrado. A Figura 2 6 é uma situação de exemplo a qual ilustra o UE 2206 enviando sinais de presença 2314. Na figura, o UE 2206 se liga, observa os sinais de tempo de processamento 2312 e começa a enviar sinais de alerta de presença 2314. 0 termo sinal de presença inclui qualquer sinal o qual seja enviado pelo UE 2206 para a estação base, o qual pode ser amostrado de forma incoerente pelas formas de onda de detecção. As formas de onda de detecção incluem uma coluna a partir da matriz de detecção, Φ, a qual é correlacionada com um quadro da entrada para a obtenção de um valor de correlação. 0 valor de correlação é denominado yi, onde i é a coluna de Φ usada na correlação. Em geral, o UE 2206 pode usar sinais de alerta de presença 2314 sempre que determinar, através da informação de tempo de processamento 2312, que está se aproximando de uma célula a qual não está atualmente ciente do UE 2206. 0

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64/89 amostrador remoto 2212 envia medidas de detecção, y, continuamente, a menos que M = 0.

Os parâmetros de detecção são os parâmetros os quais caracterizam as variáveis na expressão. 0 tempo de processamento 2312 é enviado continuamente, o sinal de alerta de presença 2314 é enviado com a expectativa de ele ser reconhecido. 0 UE e a estação base trocam mensagens desta forma: UL é o UE 2206 para o amostrador remoto 2212. 0 amostrador remoto 2212 detecta continuamente, sem detectar, e envia medidas de detecção y para a estação base 2216 por uma fibra ótica. 0 DL é a torre de estação base 2222 para UE 2206, por exemplo, a mensagem 2318 instruindo os UEs para usarem a escassez S2 quando do envio de um sinal de presença 2314. Um sinal esparso inclui uma forma de onda de N chips a qual pode ser criada pela soma das S colunas de uma matriz N x N. Uma característica importante deste sinal é o valor de S, escassez. Para sinais não triviais, S varia de 1 a N. Uma instrução 2316 mudando o valor de M usado pelo amostrador remoto 2212 é mostrada. Uma indicação é uma forma de normalmente para um UE ou de instrução de um amostrador remoto quanto ao valor em particular de uma variável em particular a ser usada. Não se pretende que a figura mostre exatamente quantas mensagens são enviadas.

UE também tem acesso ao relógio do sistema através de instruções de tempo de processamento a partir da estação base para o enlace descendente (DL) . 0 amostrador remoto observa uma largura de banda de energia de rádio, B, centralizada a alguma frequência, fc. Geralmente, ele não trata B como a única informação que tem, então, realmente

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65/89 provê amostras a uma taxa 2B pela fibra para a estação base. Ao invés disso, o amostrador obtém N amostras da forma de onda de N chips e computa M correlações. Os M valores resultantes são enviados pela fibra para a estação base. Se o amostrador não tiver uma trava de sincronismo de chip, ele poderá adquirir 2N amostras de sincronismo de meio chip e computar 2M correlações. A redução nas amostras enviadas para a estação base é de 2N para uma abordagem convencional para 2M.

amostrador é capaz de computar medições de detecção, y, por uma correlação com colunas selecionadas independentemente da matriz Φ. Os parâmetros de detecção são os parâmetros os quais caracterizam as variáveis na correlação do sinal recebido g com colunas da matriz Φ Estes parâmetros incluem o número de elementos em y, isto é, M, os valores dos elementos de Φ, e o número de amostras de chip representadas por g, isto é, N. A seleção das colunas da matriz Φ as quais são usadas é sem qualquer conhecimento de x, exceto pelo fato de a seleção do valor de M em si se basear em uma estimativa de S. Assim, quais colunas de Φ são usadas é independente de Ψ, mas o número de colunas de Φ usadas é dependente de uma estimativa de uma propriedade de f. Ou a escassez de f pode ser controlada pelas transmissões de DL conforme mostrado no tempo ti7 na Figura 26.

Uma condição necessária para uma detecção plena de x na estação base é que o valor de M usado pelo amostrador remoto deve ser escolhido maior do que S. A falta de conhecimento de S pode ser suplantada por uma suposição na estação base, e ajustando-se depois disso. Por exemplo, M

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66/89 pode começar com um valor máximo de N, e, conforme a estação base aprende o nível de atividade da banda B, pode ser mudado para um valor mais baixo, mas ainda suficientemente alto. Desta forma, um consumo de potência no amostrador remoto em correlações de computação, y, e em transmissões para a estação base na fibra, pode ser mantido baixo. A estação base poderia periodicamente intensificar M (através de uma instrução para o amostrador remoto) para avaliar completamente a escassez de sinais na banda B. A estação base pode dirigir o amostrador quanto a quais colunas ele deve usar, ou o amostrador pode selecionar as colunas de acordo com uma programação, ou o amostrador pode selecionar as colunas randomicamente e informar à estação base suas seleções.

Uma detecção inclui a operação em um valor estimado para a obtenção de um ponto mais próximo em uma constelação de tamanho finito. Uma constelação inclui um conjunto de pontos. Por exemplo, se cada ponto na constelação for unicamente associado a um vetor contendo N entradas, e cada entrada puder assumir apenas os valores 0 ou 1 (em geral, as entradas de vetor podem ser booleanas, ou reais, ou complexas), então, a constelação terá 2N ou menos pontos nela.

UE 2206, quando da ativação, deseja deixar o sistema saber da sua existência. Para se fazer isso, o UE envia um sinal de alerta de presença 2314. 0 sinal de alerta de presença é um sinal informativo construído pela seleção de colunas da matriz Ψ e somando-as. A seleção de colunas pode ser influenciada pelo sinal de tempo de processamento de estação base. Por exemplo, a estação base pode

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67/89 especificar um subconjunto de colunas de Ψ as quais são para serem selecionadas.

A estação base pode requerer, através de uma mensagem de tempo de processamento de DL 2312 que um UE o qual ainda não foi reconhecido transmita uma coluna em particular, digamos ψθ. Isto atuaria como um piloto. 0 amostrador remoto 2212 operaria de acordo com uma amostragem incoerente, e enviaria amostras y para a estação base 2216. A estação base 2216 então processaria este sinal e detectaria a presença de ψθ, estimaria o ganho de canal de desvanecimento complexo â, entre o UE previamente não reconhecido e o amostrador remoto e, então, instruiría quaisquer UEs os quais estivessem enviando ψθ a começar a enviar os dois últimos bits de seu ESN (número de série eletrônico, um identificador de estação móvel único globalmente), por exemplo. Uma amostragem inclui a mudança de um sinal de um o qual tem valores em todo instante no tempo para uma sequência discreta a qual corresponde à entrada em pontos discretos no tempo (periódicos ou aperiódicos).

Se uma colisão ocorrer entre transmissões a partir de duas estações móveis diferentes, as técnicas de afastamento randômico de Aloha padrão de enlace ascendente (UL) poderão ser usadas para a separação de tentativas subsequentes de UL.

amostrador remoto 2212 não está ciente deste progresso de protocolo, e simplesmente continua a detecção com as colunas de Φ e a detecção das amostras y para a estação base 2216. A estação base 2216 pode instruir o amostrador remoto 2212 a usar uma quantidade em particular,

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M, de colunas de detecção. Esta quantidade pode variar conforme a estação base antecipar mais ou menos fluxo de informação a partir dos UEs. Se a estação base antecipar que S, a qual tem um número máximo de N, está aumentando, ela instruirá o amostrador remoto para aumentar M (o valor máximo que M pode assumir é N). Por exemplo, na Figura 26, a mensagem de reconhecimento pode incluir um novo valor de S, S3, a ser usado pelo UE, e ao mesmo tempo a estação base pode configurar o amostrador remoto para usar um valor mais alto de M, denominado M3 na figura. Na figura, estes eventos ocorrem nos tempos ti3, ti5 e tis. Em ti7, a estação base espera uma mensagem com escassez S3 e que a mensagem provavelmente foi enviada com um valor adequado de M, em particular, o valor denominado aqui M3. Uma sequência de eventos é ilustrada, mas o sincronismo não tem por significado ser preciso. No limite conforme M é aumentado, se Φ for determinística (por exemplo, senoidal) e complexa, quando M assume o valor de limite N, Φ no amostrador remoto se torna uma operação de DFT (transformada de Fourier discreta possivelmente implementada como uma FFT). Continuando com a descrição do cenário, uma vez que a estação base tenha uma porção dos ESNs de todos os UEs tentando acessar o sistema, a estação base poderá avisar a um UE em particular, com ESN parcial em particular, para ir adiante e transmitir seu ESN pleno e requisitar recursos, caso deseje. Ou a estação base pode atribuir recursos, após determinar que o UE é elegível para estar neste sistema.

sistema de amostrador remoto / cérebro central conduz uma informação sinalizando em um ambiente de ruído e

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69/89 quase sem atividade inteligente no amostrador remoto. O sistema tem o benefício de um retorno com um DL convencional. O orçamento de enlace inclui o projeto de um sistema de rádio para levar em consideração a fonte de energia de RF e todas as perdas as quais são incorridas antes de um receptor tentar recuperar o sinal. Para maiores detalhes, por favor, veja [Cas04, pp. 39-45, 381]. Nossos cálculos de orçamento de enlace iniciais mostram que um UE pode ser capaz de operar a uma potência de transmissão de 10 a 100 pWatts a um alcance de 20 a 30 m, se um fator de reutilização de 3 puder ser obtido e uma SNR recebida de 0 a 10 dB puder ser obtida. Estes números são quantidades de tipo da ordem de sem dígitos significativos. Para a detecção do sinal de presença, usualmente mais de um amostrador pode receber versões diferentes com ruído de f e uma detecção conjunta pode ser feita. Isto permitirá que M seja mais baixo em cada amostrador do que se f fosse apenas visível em um amostrador remoto. Assim, o dreno de batería em cada amostrador é reduzido pelo emprego dos amostradores de uma forma densa. Por brevidade, às vezes a versão com ruído de f é referida como g.

A reutilização inclui quantos empregos não de superposição são feitos de um recurso de largura de banda de rádio, antes de o mesmo padrão ocorrer de novo geograficamente.

Para um projeto de pior caso, nós assumimos que o sinal do UE apenas impinge em um amostrador remoto. Em geral, para uma transmissão em ambiente interno, nós esperamos que dois amostradores remotos estejam em um alcance de 30 m com um expoente de perda de percurso entre

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70/89 e 3. O projeto não está limitado a uma transmissão em ambiente interno. Em ambientes externos, o alcance será maior, mas o expoente de perda de percurso tenderá a ser menor. Para uma detecção bem sucedida, uma probabilidade de detecção de uma transmissão única deve ser acima de 10% (presumindo que o mecanismo de erro seja induzido por ruído e, portanto, tentativas de detecção sejam independentes). 0 amostrador remoto pode ser empregado em macrocélulas para suporte de tráfego veicular e microcélulas para suporte de pedestres ou um tráfego de comunicação em ambiente interno - escritório.

Vindo para um exemplo concreto, então, nós modelamos o

cenário	a	seguir.
1.	0	canal	é	estático (sem desvanecimento).
2 .	0	ruído	é	AWGN.
3 .	0	UE,	o	amostrador remoto	e a estação base são
todos travados	para um relógio sem	erros de sincronismo,

frequência ou fase de qualquer tipo. Os prejuízos tais como esses podem ser lidados de formas padronizadas [BB09, Cap. 5,8, Cap. 9].

4. Há um UE.

5. 0 esquema de amostragem incoerente usa um par randômico (Ψ_Γ, Φ_Γ) ou um par determinístico (Ψά, Φά) , em qualquer caso o solucionador sabe tudo, exceto pelos sinais x, f e de ruído.

6. A estação base instruiu o amostrador a usar um conjunto específico de M colunas de Φ.

7. A estação base instruiu o UE e o amostrador que formas de onda de transmissão consistem em N intervalos ou chips.

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A Figura 2 7 é uma ilustração de uma modalidade da arquitetura celular de do amostrador remoto / cérebro central de acordo com vários aspectos estabelecidos aqui. A informação é x 3240. F 3242 é esparsa em S, e a estação base estimou S como discutido em outro lugar. A entrada para o amostrador remoto 3212 é uma versão com ruído de f, às vezes referida aqui como g 3244. 0 amostrador remoto 3212 computa M correlações de g 3244 com colunas préselecionadas de Φ, produzindo o Mxl vetor y 3215 (Equação 1) . y 3215 é passado por uma fibra ótica para a estação base 3216.

Uma estimativa é um termo estatístico o qual inclui tentar selecionar um número, x a partir de um conjunto infinito (tais como os reais) o qual exibe uma distância mínima, em algum sentido do valor verdadeiro de x. Uma medida frequentemente usada de distância mínima é um erro médio quadrático (MSE) . Muitos estimadores são projetados para minimizarem MSE, isto é, Expectativa { (x - x)²}. Operações estatísticas, tal como a Expectativa, são cobertas em [Pro83, Cap. 1]. Na prática, os números extraídos dos estimadores frequentemente são representados com valores de ponto fixo.

Para reais, a correlação ou produto interno de g com φρ é computado como 3’_P = Σ?=ο onde o k-ésimo elemento é denotado g(k).

Para números complexos, a correlação seria y_p = ΦρWtt), onde g* denota uma conjugação complexa.

A norma 12 de um sinal, g, é llüll² = 3(λ)ίϊ*<λ); a expressão para reais é a mesma, a conjugação complexa não tem efeito nesse caso.

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A estação base 3216 produz primeiramente uma estimativa de x, denominada x 3246, e, então, uma decisão inflexível denominada x 3248. A estimativa 3246 é produzida pela formação de um programa linear e, então, resolvendo-o usando o algoritmo simplex. 0 algoritmo explora as fronteiras de uma região para realizações do N x 1 vetor x*, o qual produz os vetores y*. A busca não depende da escassez. A minimização de 11 funciona porque o sinal é esparso, mas o minimizador atua sem qualquer tentativa de explorar a escassez.

Daí, as N entradas em x* são geralmente não nulas. Aquele x* o qual produz um y*, o qual satisfaz a y* = y, e tem a soma mínima de valores absolutos sendo selecionada como x (Equação 5) . x geralmente não é igual a x, de modo que uma decisão inflexível é tomada para se encontrar o vetor mais próximo x de x consistindo em S uns e N - S zeros.

Programas lineares incluem um conjunto de equações e possivelmente desigualdades. As variáveis apenas aparecem em forma linear. Por exemplo, se xl e x2 forem variáveis, as variáveis de forma xf não aparecem.

A probabilidade de esta quantificação identificar uma ou mais entradas não nulas corretas em x é o que a simulação é projetada para determinar. Há muitas definições de mais próxima. Nós determinados x conforme se segue. 0 quantificador 3230 primeiramente ordena de forma aritmética os elementos de x e retém os índices dos S primeiros elementos (por exemplo, +1,5 é maior do que -2,1) . Em segundo lugar, o quantificador regula todas as entradas de x para um zero lógico. Em terceiro lugar, o quantificador

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73/89 regula para um lógico aqueles elementos de x com índices iguais aos índices retidos. 0 resultado é a saída do quantificador.

quantificador 3230 obtém S a partir de uma variedade de formas. Os exemplos seriam um gênio onisciente (para determinação de performance de limitação) ou que a estação base tivesse fixado o valor de S a ser usado pela estação móvel, usando-se o DL ou que a estação base periodicamente varresse S ao tentar valores diferentes (através de uma instrução para o amostrador remoto) e determinando a escassez de f durante algum macroperíodo de tempo, por exemplo, de 1 a 2 segundos. Devido ao fato de os UEs fazerem múltiplas tentativas, a estação base tem a oportunidade de reconhecer uma estimativa faltando de S e instruir o amostrador remoto para reduzir ou aumentar o valor que estiver usando para S. Com um ciclo de carga suficientemente baixo na varredura para S, o aspecto de economia de potência da técnica de detecção será preservado. Desta forma, as atividades de detecção do amostrador remoto rastreiam a escassez dos sinais os quais impingem nele. Assim, o amostrador remoto sempre está amostrando, em geral, mas apenas com um dreno de batería suficiente para o sistema operar, e não muito mais dreno de batería do que aquilo. Em particular, o amostrador remoto não está amostrando na taxa de Nyquist plena para períodos grandes, quando não houver um UE presente de forma alguma.

y* é uma notação a partir de [CW08, página 24]. 0 x não é uma notação a partir de [SW08], porque aquela referência não lida com sinais corrompidos por ruído. As notações x e x para estimativas e valores detectados são

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74/89 comumente usadas na indústria, e podem ser vistas, por exemplo, em [Pro83, página 364, Figura 6.4.4 Adaptative zero-forcing equalizer].

A Figura 27 mostra os pedaços funcionais e sinais na simulação em computador. A natureza das matrizes usadas é especificada na Tabela 1. As colunas foram normalizadas para um comprimento unitário. Por favor, veja os exemplos destas matrizes nas Figuras 20 e 21.

Natureza		Φ^
Randômica	iid gaussiano	iid gaussiano
Deterministica	1, se i = j, caso contrário 0	cos(πίj/N)

Tabela 1: Natureza das Matrizes

As matrizes deterministicas são geradas apenas uma vez, e não mudariam caso fossem geradas de novo. As matrizes randômicas poderíam ser geradas apenas uma vez, ou as matrizes randômicas podem ser geradas de novo após algum tempo, tal como em uns poucos segundos. Também, as matrizes randômicas podem ser geradas de novo a cada vez em que elas são para serem usadas. Em qualquer caso, o solucionador 3228 deve saber que matriz Ψ o UE 3206 usa em qualquer tempo e que matriz Φ o solucionador 3212 usa. Isto não significa que o solucionador 3228 deve ditar que matrizes são usadas. Se o UE estiver mudando Ψ de acordo com uma função pseudo-randômica (pn) do tempo do sistema (tempo obtido através do tempo de processamento de DL) , então, o solucionador 322 8 pode usar o mesmo gerador de função pn para encontrar o que Ψ era. A menos que declarado de outra forma, as probabilidades dadas neste relatório são para o caso em que as matrizes randômicas foram geradas e fixadas para todas as SRNs e tentativas naquelas SNRs.

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A simulação foi restrita a números reais a números reais, para facilitar o desenvolvimento, mas não há nada nos esquemas apresentados que limite sua aplicação a números reais. As mesmas técnicas de bloco de construção, tais como correlação e programação linear, podem ser aplicadas a sistemas tipicamente modelados com números complexos. Isto é verdadeiro, uma vez que qualquer número complexo a + jb pode ser escrito como uma matriz 2x2 toda real com a primeira linha sendo [a -b] e a segunda linha sendo [b a].

Isto pode ser feito no nível escalar ou matricial.

Portanto, qualquer conjunto complexo de equações pode ser reformado como um conjunto todo real.

SNR	S	Pr{Perda	Pr{j = 1	Pr{j = 2
(dB)		Total}	acerto}	acertos}
0	1	0,67	0,32	n/a
10	1	0,29	0,71	n/a
20	1	0,12	0,87	n/a
0	2	0,44	0,46	0,09
10	2	0,22	0,47	0,30
20	2	0,16	0,28	0,55

Tabela 2: Performance de Detector com M = 5, N = 10.

AWGN. Ψ e Φ com entradas gaussianas iid. Veja a Figura 27.

Nestas simulações, a performance que procuramos é qualquer excedendo a em torno de 10%. Um número alto de tentativas não é necessário, já que os únicos eventos randômicos são ruído, o sinal e a geração de matriz. Os pontos de dados foram acumulados usando-se 100 ou 200 tentativas por ponto na maioria dos casos. Com em torno de 0,5% das tentativas, nossa implementação de solucionador de

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76/89 tentou continuar a otimização de x, quando deveria ter saído com a solução existente. Estas poucas tentativas foram descartadas. Mesmo se fossem incluídas como sucessos ou falhas, o efeito sobre os resultados seriam imperceptíveis, uma vez que estávamos procurando qualquer performance maior do que 10%.

Os dados da Tabela 3 são plotados na Figura 14. S é o número de entradas não nulas em x e é denominado pulsos na Figura 14. 0 evento j = 1 acerto significa que o detector detectou exatamente uma entrada não nula em x corretamente. No caso em que S = 1, isto é o melhor que o detector pode fazer. 0 evento j = 2 acertos significa que o detector detectou exatamente duas entradas não nulas em x corretamente.

Também fiz uma simulação com M = 3, N=10eS = l (por favor, veja a Figura 17 discutida abaixo).

SNR	S	Pr{Perda	Pr{j = 1	Pr{j = 2
(dB)		Total}	acerto}	acertos}
0	1	0,64	0,36	n/a
10	1	0,13	0,87	n/a
20	1	0,03	0,97	n/a
0	2	0,42	0,49	0,09
10	2	0,13	0,40	0,47
20	2	0,07	0,19	0,74

Tabela 3: Performance de Detector com M = 5, N = 10.

AWGN. Ψ e Φ com entradas determinísticas.

As Figuras 15, 16 e 17 proporcionam a performance de detecção para várias combinações de Μ, N, S, SNR e da natureza das matrizes. Em cada um destes gráficos, j é o número de entradas não nulas em x corretamente determinadas

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77/89 pela combinação do minimizador de 11 e do quantificador (Figura 25).

Para o projeto do sistema, a probabilidade importante é a probabilidade de o detector obter a mensagem de forma completamente correta em uma observação. É assumido que o sistema use múltiplas transmissões, cada uma das quais sendo independente quanto a efeitos não controlados como ruído. Nesse caso, a probabilidade de detecção do sinal de presença em C transmissões ou menos é 1. - Pr (Miss) C. Um Miss pode ser definido como o evento j = 0 ou o evento j < S. Quando S = 1 e com matrizes randômicas, o evento j = S ocorre com probabilidade maior do que 10% em uma SNR abaixo de 0 dB, e em S = 2 a uma SNR de em torno de 3 dB. Os pontos de 90% estão a em torno de 12 e 17 dB, respectivamente, conforme visto na Figura 15. A performance é melhor para matrizes determinísticas e S = 1, conforme visto na Figura 16.

De modo a ver como o detector funcionaria quando a condição de escassez (M >> S não verdadeiro) fosse fraca, geramos os dados mostrados na Figura 17 usando S = 1 e M = 3. Ambas as configurações randômicas e determinísticas são capazes de detectarem uma SNR baixa, mas a configuração randômica satura perto de 70%, ao invés de atingir o ponto de 90%. A performance para a configuração randômica é um pouco pior do que aquela para M = 5, N = 10 (por exemplo, Pr{detection} = 0,55 a uma SNR = 10 dB, enquanto com M = 5 esta probabilidade é de 0,71) . A uma SNR alta, a probabilidade se aproxima de 1 para o caso determinístico, Figura 17.

Assim, nós vemos que com M e SNR crescendo, nós nos

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78/89 aproximamos de um resultado sem ruído de Candes em que 100% de uma recuperação exata são atingidos. Contudo, para uma M baixa e um sinal com ruído, às vezes o solucionador produz x que não é igual a x. Uma característica qualitativa importante é que a degradação é gradual para a configuração determinística. Um efeito de limite no ruído pode existir com a configuração randômica, a menos que M >> S. Na Figura 17, M = 3S, enquanto em todas as outras figuras M >_ 5S para S = 1.

Uma característica não usual do método de amostragem incoerente é a incoerência. A maioria dos detectores busca tentar muitas formas de onda candidatas para ver qual combina com a forma de onda recebida e, então, usar algum tipo de função de escolher o maior para determinar a identidade ou um índice da forma de onda transmitida. Uma réplica local é uma forma de onda a qual tem a mesma identidade que uma forma de onda transmitida. Em uma amostragem incoerente, a única exigência é que Ψ e Φ sejam fracamente relacionadas no máximo. Isto significa que uma grande variedade de matrizes de detecção (Φξ) podería ser usada para qualquer Ψ. Para o caso randômico, nós exploramos o efeito de mudar ambas as matrizes em toda transmissão. Os resultados disto são mostrados nas Figuras 18 e 19. A partir disto, nós notamos alguma variação na performance, mesmo em uma SNR alta. Nós confirmamos uma conjetura de isto ser devido à geração de matrizes ruins com propriedades de autocorrelação ruins. Uma correlação alta em qualquer matriz enfraquecería a capacidade de estimativa, uma vez que para Ψ isto reduziría o suporte para distinção dos valores de x em quaisquer duas colunas

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79/89 correlacionadas, e para Φ reduziría a capacidade do solucionador de distinguir entre contribuições candidatas de duas colunas correlacionadas de Φ. Para a localização do mecanismo destas variações em uma SNR alta, nós rejeitamos matrizes Φ em que quaisquer duas colunas tivessem uma magnitude de correlação maior do que um limite. Nos gráficos, o limite é 0,1. Estudos foram feitos com outros limites. Um limite de 0,4 não tinha quase nenhum efeito. 0 que nós aprendemos cm isto é que, sim, há amplas variações no efeito da matriz Φ real sobre a performance. Uma outra forma de dizer isto é que há matrizes Φ ruins que nós não queremos detectar. A performance é uma variável randômica com respeito à distribuição de matrizes. Isto significa que uma probabilidade de falta pode ser definida. Em particular, a probabilidade de falta é a probabilidade de a probabilidade de detecção cair abaixo de um limite de probabilidade. Por exemplo, o sistema pode se projetado de modo que não apenas a probabilidade média seja maior do que 40%, mas a probabilidade de a probabilidade de detecção ser menor do que 10% seja menor do que 1%. Nós podemos reduzir o número de matrizes ruins, de modo a se reduzir a probabilidade de falta. Uma forma de fazer isto é restringir a correlação nas matrizes Φ. A restrição das matrizes Ψ também será benéfica, especialmente conforme S aumentar.

Para a provisão de um serviço em tempo real de largura de banda alta e alta densidade de usuário por rádio, nós criamos uma arquitetura com base em antenas dispersas e no processamento centralizado de sinais de rádio. Nós chamamos o sistema de Conversão Remota ou Amostragem Remota. As

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80/89 estações móveis são simples dispositivos de potência baixa, o núcleo de infraestrutura é do tipo de supercomputador, e as Estações Base são ligadas às estações móveis por um mar redundante de sensores de rádio baratos. A Figura 28 é um diagrama da rede celular que nós estamos propondo aqui. Ela mostra uma série de sensores simples 2712 empregados em grandes números, de modo que geralmente mais de um esteja no alcance do dispositivo de assinante móvel (MS) 2206. Estes sensores também podem ser referidos como amostradores remotos ou dispositivos de conversão remota neste projeto. Os sensores poderíam ser separados no alcance de dez metros a algumas centenas de metros. Há uma transigência de emprego entre a potência requerida para os sensores, a facilidade de emprego dos sensores e a quantidade de capacidade necessária no sistema. 0 UE pode usar bandas de frequência muito mais altas do que é típico em telefonia celular.

Os sensores são providos em um backhaul de fibra ótica 2714 para uma estação base central 2716. 0 backhaul também podería ser provido por um outro meio, tal como um cabo coaxial. Pode haver várias estações base em um emprego em que elas se comunicam e passam uma informação. Os sensores têm uma ou mais antenas afixadas a uma front end de RF e um processamento de banda base que é projetado para ser barato. Os sensores com uma antena podem ser usados como um arranjo e podem ser feitos em interfaces de ar de MIMO.

As interfaces de ar formadas em feixe permitem que a MS transmita a uma potência baixa. 0 protocolo de camada superior usado entre a MS e a Estação Base podería ser um de uma rede celular padronizada (por exemplo, LTE) . Os

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81/89 protocolos de camada superior que se especializam em potência baixa e alcance curto (por exemplo, Bluetooth) são modelos alternativos para comunicações entre a MS e a estação base. A pilha no sensor incluirá apenas uma fração de camada um (física). Isto é para a redução do custo e do consumo de potência de batería. Possivelmente, os sensores serão acionados por AC (linha de potência de 110 V nos Estados Unidos). As técnicas de retransmissão de ARQ híbrida de tempo de ida e volta para manipulação de aplicações em tempo real podem ser usadas; a ARQ de manipulação de elemento de Camada 2 não estará no sensor, mas, ao invés disso, na BS ou cérebro central. Áreas de Inovação Uma topologia completamente nova é dada aqui, na qual os sensores comprimem um sinal móvel de largura de banda alta recebido em um alcance curto e a infraestrutura faz os cálculos de camada física à alta velocidade.

1. Instruções, protocolos de comunicação e interfaces de hardware entre a estação base e os sensores.

a. instruções de conversão remota.

b. instruções de nova sintonia de oscilador.

c. instruções de direcionamento de feixe (amostragem de fase) .

2. Protocolos de comunicação e interfaces de hardware entre a MS e a BS ou cérebro central.

a. um enlace de ARQ híbrida de MAC de largura de banda alta entre uma MS e a BS a qual pode suportar serviços em tempo real.

3. Protocolos de comunicação e técnicas de processamento entre a MS e o processador central / cérebro central

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a. códigos de sinalização de presença os quais funcionam sem uma cooperação ativa dos sensores.

b. códigos de espaço tempo para esta nova topologia e mi de conhecimento de canal.

c. códigos de apagamento sem taxa de código fixado para registro de estação móvel e transmissão em tempo real.

d. técnicas de processamento de sinal de arranjo grande.

e. técnicas de processamento de sinal tirando vantagem das bandas de transmissão de frequência mais alta.

4. As estações base suportam atividades as quais incluem o seguinte:

a. transmissão de informação de tempo de processamento de sistema.

b. detecção da presença de estações móveis com alcance de um ou mais sensores.

c. uma comunicação em tempo real de duas vias entre as estações base e a estação móvel.

Este memorando se dirige ao sensor ou amostrador a ser usado em uma arquitetura de telefonia celular. Estes sensores são mais baratos do que estações base e amostram sinais de RF de largura de banda alta, por exemplo, de largura de banda B. Os sinais comprimidos são enviados por fibra para a estação base. Os sensores frequentemente não realizam uma amostragem de Nyquist. Isto é feito por várias razões. Uma é que a amostragem em taxas altas consume muita energia. Nós temos o objetivo de prover uma tecnologia de sensor de potência baixa. É esperado que uma redundância seja projetada no sistema, de modo que uma perda de sensores únicos possa ser facilmente suplantada. Para

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83/89 muitos sinais importantes, uma reconstrução de erro baixo daquele sinal o qual está presente pode ser feita na estação base. Um sensor pode ser equipado com um concentrador de sequência direta, ou um dispositivo de FFT. Os sensores não tomam decisões de demodulação. 0 código de sequência direta usado no concentrador ou o sincronismo de subchip do concentrador ou o número de intervalos uados na FFT, ou a banda espectral em que a FFT é para ser aplicada pelo sensor são coisas as quais a estação base avisa ao sensor através de uma instrução. Em uma modalidade, estas instruções vêm em intervalos de 1 ms e o sensor ajusta sua amostragem ou conversão em menos do que 0,1 ms do recebimento da instrução. Para fins de estrutura, nós assumimos que a estação móvel transmite e recebe pacotes de informação ou quadros de duração de 1 a 5 ms. 0 formato pode ser tipo de circuito ou não do tipo de circuito. A informação de tempo de processamento de sistema pode incluir uma informação de guia de e sincronização a qual faz com que as estações móveis pratiquem e copiem um bom comportamento cooperativo de acordo com a teoria de jogos. Também pode haver uma informação importante provida que a MS precisa conhecer sobre uma WAN sem fio possível. Ao manter todas as comunicações nesta rede de subcomunicação e não tendo que monitorar redes externas, uma potência de batería pode ser salva. As estações móveis transmitem suas mensagens a uma potência baixa. Os sensores amostram o canal sem fio. Os sensores neste protocolo comprimem as amostras. As amostras comprimidas na presente proposta são enviadas por um canal de fibra para a estação base. A estação base é responsável por muitas atividades de camada

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84/89 (demodulação, decodificação), atividades de camada 2 (numeração de pacote, ARQ) e atividades de sinalização (registro, atribuição de canal, transferência). A potência computacional da estação base é alta. A estação base pode usar esta potência de computação para a resolução de sistemas de equações em tempo real que teriam sido apenas simulados off-line em sistemas prévios. A estação base pode usar um conhecimento do canal (matriz de correlação de antena de estação móvel, número de sensores na visão da estação móvel) para a determinação de estratégias de adaptação de enlace em um intervalo de 1 ms. Estas estratégias incluirão a operação no ponto de transigência ótimo de ganho de multiplexação de espaço e tempo / ganho de diversidade. Também, múltiplas estações base podem estar em comunicação quase instantânea com cada outra, e projetarem de forma ótima formas de onda de transmissão as quais se somarão para a produção de uma forma de onda sem distorção (dirty paper coding) na estação móvel simples. Outras estações base as quais recebem uma energia de enlace ascendente estranha a partir da estação móvel ocasionalmente suprem um intervalo de quadro de programa de outra forma apagado para a ancoragem da estação base. A Figura 29 mostra um outro esquema do sistema proposto. Os sensores 2712 nesta proposta são apenas responsáveis por atividades de subcamada 1, isto é, uma compressão no nível de amostra. A estação base 2716 nesta proposta pode enviar instruções para os sensores, tal como comprimir usando um código de acesso múltiplo 16 (isto podería ser um código de DS, ou um código de OFDM) . A estação base pode enviar uma instrução tal como realizar uma amostragem 2x com fase

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85/89 teta. Em outras palavras, o sensor é um remoto saindo de um percurso A/D de uma estação base convencional, como se puxando uma ponta de caramelo e criando um filamento de conexão fino. 0 filamento de caramelo é uma metáfora para o canal de fibra de um sensor até a estação base. A estação base usa uma potência de computação disponível muito alta para a detecção da presença de sinais de MS nos dados comprimidos. A estação base nesta proposta então responde à MS detectada ao instruir o sensor para usar técnicas de amostragem e de compressão as quais capturarão bem o sinal de MS (sincronismo, frequência, particularidades de codificação as quais tornam os dados comprimidos completos do sinal de MS, embora o sensor não esteja ciente da utilidade das instruções). A MS nesta proposta pode transmitir com um código de apagamento sem taxa de código fixado. A taxa de transmissão de pacote direito e esquerdo ser com um período da ordem de 1 a 5 ms. 0 sensor não é primariamente um dispositivo de tomada de decisão; ele não é localmente adaptativo; um controle de sensor é a partir da estação base. Os sensores são empregados de forma densa no espaço, isto é, pelo menos a cada 100 m x 100 m e, possivelmente, a cada 10 m x 10 m. Os sensores podem ou não suportar uma transmissão de DL. A DL podería ser realizada a partir de uma torre de estação base tradicional com setorização. A densidade dessas torres seria de pelo menos uma a cada 1000 m x 1000 m (emprego em edificação) e possivelmente uma a cada 300 m x 300 m (emprego em iluminação pública).

Um exemplo de um rádio de baixo custo é dado em Kaukovuori [KJR+06], um outro é dado em Enz [ESY05].

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O uso de fibra para conexão de uma antena remota a uma estação base foi proposto e testado por Chu [CG91].

Os processadores atuais da, como o QX9775, executam a uma velocidade de relógio de mais de 1 GHz, a uma velocidade de barramento de mais de 1 GHz e com um cache de mais de 1 MB. De acordo com a lei de Moore, as densidades de transistor atingirão 8x o seu valor atual por volta de 2015. Com base no raciocínio de contagem de porta de tempos de taxa de relógio típicos, nós esperamos que uma potência de aproximadamente lOx esteja disponível em processadores únicos em 2015. Assim, em 1 ms, 10 milhões de instruções de CISC podem ser executadas. Um microprocessador dirigirá a adaptação de camada física de 10 sensores em tempo real 10. http ://compare . intel.com/pcc/

Os limites na transigência de multiplexação / diversidade foram derivados por Zheng e Tse, 2L. Zheng e D. Tse, Diversity and Multiplexing: A Fundamental Tradeoff in Multiple-Antenna Channels, IEEE Transactions on Info. Theory, maio de 2003, pp. 1073-Ί096.

A concepção de hoje em dia de dirty paper coding é discutida, por exemplo, em Ng, C. Ng, e A. Goldsmith, Transmitter Cooperation in Ad-Hoc Wireless Networks: Does Dirty-Paper Coding Beat Relaying?, IEEE ITW 2004, pp. 277 282 .

Ensinar usuários egoístas a cooperarem é discutido, por exemplo, em Hales, D. Hales, From Selfish Nodes to Cooperative Networks Emergent Link-based incentives in Peer-to-Peer Networks, IEEE Peer-to-Peer Computing, 2004.

conceito de múltiplos nós receberem uma transmissão redundante de forma inteligente é discutido em Kokalj

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Filipovic, A. Kokalj-Filipovic, P. Spasojevic, R. Yates and E. Soljanin, Decentralized Fountain Codes for MinimumDelay Data Collection, CISS 2008, pp. 545-550.

A partir destas tabelas e figuras, nós concluímos que, sim, foi possível projetar um sinal de presença e detectar no amostrador remoto enquanto se satisfazem regras de projeto qualitativos. Em particular, duas combinações de Ψ e Φ foram mostradas para se tornar possível a detecção do sinal de presença com muito pouco processamento de sinal, e nenhuma tomada de decisão, no amostrador remoto. Lembre que o sinal de presença é a soma de colunas da matriz Ψ. A probabilidade de detecção do sinal de presença com S = 1 ou S = 2 entradas não nulas em x é suficientemente alta para as SNRs na faixa de 0 a 10 dB. Isto é obtido sob a restrição de o amostrador remoto transmitir para a estação base menos amostras do que seria requerido para uma conversão convencional do sinal observado quando a hipótese convencional foi feita de que o sinal exerce plenamente uma base N dimensional. Este ganho foi criado pelo projeto propositadamente do sinal transmitido para ser esparso, o amostrador remoto para ser simples e a estação base para ser inteligente e equipada com uma conexão de enlace descendente separadamente projetada (não co-localizada com os amostradores remotos) para as estações móveis.

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[BB99] S. Benedetto e E. Biglieri. Principles of Digital Trans-mission With Wireless Applications. Kluwer, New York, 1999.

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[KJR+06] J. Kaukovuori, J.A.M. Jarvinen, J. Ryynanen, J. Jussila, K. Kivekas, e K.A.I. Halonen. Direct-conversion re-ceiver for ubiquitous communications. IEEE, páginas 103106, 2006.

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Simultaneous sparse approximation via greedy pursuit. IEEE ICASSP, páginas V721-V724, 2005.

Tendo mostrado e descrito modalidades de exemplo, outras adaptações dos métodos, dispositivos e sistemas descritos aqui podem ser realizados por modificações apropriadas por alguém de conhecimento comum na técnica sem que se desvie do escopo da presente exposição. Várias dessas modificações potenciais foram mencionadas, e outros serão evidentes para aqueles versados na técnica. Por 10 exemplo, os exemplos, as modalidades e similares discutidos acima são ilustrativos e não necessariamente requeridos. Assim sendo, o escopo da presente exposição deve ser considerado em termos das reivindicações a seguir e é entendido que não será limitado aos detalhes de estrutura, 15 operação e função mostrados e descritos no relatório descritivo e nos desenhos.

Conforme estabelecido acima, a exposição descrita inclui os aspectos estabelecidos abaixo.

Claims (16)

1. Método para detecção comprimida de sinais, o método caracterizado por compreender:

o recebimento, por um canal sem fio, de uma transmissão (f) de equipamento de usuário (106, 206, 306, 606, 706, 806, 1100) com base em uma combinação esparsa em S de um conjunto de vetores; em que os parâmetros de esparsamento para gerar a dita combinação esparsa em S do dito conjunto de vetores é transmitida ao equipamento de usuário para configurar o equipamento de usuário para transmitir sinais tendo um esparsamento (S) predeterminado e uma matriz de representação esparsa predeterminada (Ψ) compreendendo o dito conjunto de vetores, a conversão descendente e a discretização da transmissão recebida para a criação de um sinal discreto compreendendo uma palavra de comprimento N;

a correlação do sinal discretizado com um conjunto de formas de onda de detecção para a criação de um conjunto de amostras (1231) , onde um número total de amostras no conjunto é igual a um número total de formas de onda de detecção no conjunto, e onde o número total de formas de onda de detecção no conjunto de formas de onda de detecção é menor do que um número total de vetores no conjunto de vetores;

a transmissão de um conjunto de amostras (1232) para um processador central remoto (1300) e;

a seleção de um novo conjunto de formas de onda de detecção responsivo para receber uma instrução a partir do processador central remoto (1300) .

2. Método, de acordo com a reivindicação 1,

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2/5 caracterizado pelo fato do conjunto de vetores compreender pelo menos um conjunto selecionado a partir da lista que consiste em:

uma linha de matriz de representação esparsa (1143) e uma coluna de matriz de representação esparsa (1143)

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda:

o ajuste de uma referência de sincronismo em resposta ao recebimento de uma instrução a partir do processador central remoto (1300).

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda:

a mudança do número de formas de onda de detecção em resposta ao recebimento de uma instrução a partir de um processador central remoto (1300).

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do conjunto de vetores e do conjunto de formas de onda de detecção terem um valor de coerência μ(Φ,Ψ) menor do que ou igual a 0,45 multiplicado por uma raiz quadrada de = vetor || ||_fi conjunto de vetores, em que onde é a norma de €i, que é a soma dos valores absolutos dos elementos de seus argumentos e os parênteses < ) denotam o produto interno ou função de correlação.

6. Método de comunicação sem fio, o método caracterizado por compreender:

o recebimento, em um equipamento de usuário (106, 206, 306, 606, 706, 806, 1100), por um canal sem fio, de uma indicação de um primeiro conjunto de parâmetros de representação (772);

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3/5 a transmissão de um primeiro sinal (781), onde o primeiro sinal (781) é com base, pelo menos em parte, no primeiro conjunto de parâmetros de representação (772);

o recebimento de uma indicação de um segundo conjunto de parâmetros de representação; e a transmissão de uma mensagem de acesso múltiplo (782), onde a mensagem de acesso múltiplo (782) é com base, pelo menos em parte, no segundo conjunto de parâmetros de representação.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato da mensagem de acesso múltiplo (782) compreender pelo menos uma porção de um número de identificação único para o equipamento de usuário (106, 206, 306, 606, 706, 806, 1100).

8. Método de comunicação, o método caracterizado por compreender:

o recebimento em um processador central de um conjunto de amostras;

a formação de um programa linear com minimização de LI usando o conjunto de amostras, uma matriz de base e um conjunto de formas de onda de detecção;

a resolução do programa linear para a produção de um conjunto estimado de dados; e a quantificação do conjunto estimado de dados para a produção de um conjunto de símbolos de informação.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por compreender ainda:

a seleção de um primeiro subconjunto do conjunto estimado de dados, onde um número total de elementos no primeiro subconjunto é um parâmetro de representação (772),

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4/5 e onde todos os elementos do primeiro subconjunto são aritmeticamente maiores do que os elementos remanescentes do conjunto estimado de dados; e a identificação de índices de elementos do primeiro subconjunto.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato do conjunto de símbolos de informação formar um vetor binário que tem um comprimento igual a um comprimento do conjunto estimado de dados, e consistindo em um 1 lógico em cada posição correspondente a um dos índices identificados, e um 0 lógico nas posições remanescentes.

11. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender ainda:

a instrução de um equipamento de usuário (106, 206, 306, 606, 706, 806, 1100) a usar o parâmetro de representação (772) .

12. Método de comunicação sem fio, o método caracterizado por compreender:

a transmissão, para um equipamento de usuário (106, 206, 306, 606, 706, 806, 1100), por um canal sem fio, de uma instrução indicando um primeiro conjunto de parâmetros de representação; e a transmissão para um amostrador remoto de uma instrução indicando um conjunto de parâmetros de detecção.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender ainda:

a seleção do conjunto de formas de onda de detecção com base no primeiro conjunto de parâmetros de representação.

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14. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender ainda:

a transmissão para o equipamento de usuário (106, 206,

306, 606, 706, 806, 1100) de um conjunto de parâmetros de sistema (773). 15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato do conjunto de parâmetros de sistema (773) compreender pelo menos um selecionado a

partir da lista que consiste em:

um sincronismo de sistema, um sincronismo de quadro,

uma indicação de uma matriz de base e um relógio de sistema. 16. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender ainda: o recebimento a partir do amostrador remoto de um

conjunto de amostras (793); e o processamento do conjunto recebido de amostras (793) para a produção de um conjunto de símbolos de informação.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por compreender ainda:

a detecção de um sinal de acesso múltiplo a partir do conjunto recebido de amostras (794).

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por compreender ainda:

a transmissão, para o equipamento de usuário (106, 206, 306, 606, 706, 806, 1100), por um canal sem fio, de uma instrução indicando um segundo conjunto de parâmetros de representação (775), subsequentemente à detecção da mensagem de acesso múltiplo (794).