JP2017513362A - 圧縮センシングに基づく信号処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、圧縮センシングに基づく信号処理方法及び装置に関する。この方法は、入力信号のスペクトル分布に従って、ベースバンドスペクトルにおいて、周波数混合が実行されている入力信号の信号成分の分布を決定するステップと、複数の周波数帯域を形成するために、信号成分の分布により形成された異なる信号エイリアシングパターンに従ってベースバンドスペクトルを分割するステップと、周波数帯域における信号エイリアシングパターンに従って入力信号の最低サンプリング周波数を決定するステップ、及びサンプリングされた信号を取得するために、最低サンプリング周波数より大きいサンプリング周波数で入力信号上においてサンプリングを実行するステップと、サンプリングされた信号に従って、複数の周波数帯域の各周波数帯域において対応する信号成分を別々に回復し、入力信号の回復を完成させるために、周波数帯域において回復された信号成分を接合するステップとを含む。本発明では、より狭帯域の信号は、より低いサンプリングレートで処理されることができ、様々な異なる周波数ドメインのスパース信号が柔軟に処理されることができる。

Description

本発明は、通信技術の分野に関し、特に圧縮センシングに基づく信号処理方法及び装置に関する。

信号がスパース（sparse）である場合、サンプリングされた信号は、大量の冗長情報を常に含み、サンプリングされた信号は、信号が保存及び送信される前に圧縮される必要がある。したがって、2006年に、Terence Tao及びDonohoは、圧縮センシングの概念を同時に思い付いた。すなわち、サンプリング処理は信号圧縮処理と結合され、最低サンプリングレートは、サンプリングを実行するために、サンプリング中にソース信号のスパース度に従って直接決定される。圧縮センシング（compressive sensing）は、スパース信号又は圧縮可能信号に従って信号再構成を実行する理論である。圧縮センシングを実現する鍵は、収集されたサンプル点がソース信号のできるだけ多くの情報を含むことができることであり、すなわち、サンプリング演算子により形成されるドメインと信号のスパースドメインとの間に強い非コヒーレンスが存在することである。圧縮センシング技術に従って決定された最低サンプリングレートは、一般的にナイキスト（Nyquist）レートより低く、これは、サンプリング回路の複雑性、コスト及び電力消費をかなり低減する。特に、通信信号の周波数及び帯域幅における絶え間ない増加で、従来のサンプリング回路は、通信技術の進展における極めて重要なボトルネックになっており、したがって、通信分野に圧縮センシング技術を適用することは特に重要である。

スパースの特徴を有するブロードバンドアナログ通信信号では、サンプリングが低速アナログ−デジタルコンバータ（ADC）を使用することにより直接実行される場合、不可逆のスペクトルエイリアシングが信号において発生し、信号サンプリング後の信号における情報の喪失を生じる。既存の圧縮センシング通信システムでは、ランダム復調器（RD）システム又は変調広帯域コンバータ（MWC）システムの構成が使用され、周波数混合がランダム系列を使用することにより最初に実行された後にサンプリングが実行され、次に、信号は回復アルゴリズムを使用することにより回復される。

既存のRDシステムは、周波数ビンが離散的であり周波数ドメインがスパースである信号にのみ適用可能である。連続的なスペクトルを有するほとんどの通信信号では、RDシステムを使用することにより実行されるサンプリング及び回復は比較的高い回復エラーを生じ、計算の複雑性は非常に高く、信号はリアルタイムで回復できない。MWCシステムで使用されるランダム系列は周期的な系列であり、各サブバンドの信号は、MWCシステムの信号回復アルゴリズムを使用することにより別々に回復されることができ、次に、信号の完全な回復は、他の関係する情報に従って実現される。既存のMWCシステムでは、各信号により占有されるサブバンド帯域幅は、システムにおいて区別されないため、ADCの最終的なサンプリングレートは、信号の実際の全体帯域幅により決定されず、信号により占有されるサブバンドの量により決定される。信号の帯域幅がサブバンドの幅よりかなり小さい場合であっても、信号がサブバンドを占有するため、ADCのサンプリングレートはかなり増加する。サブバンドの分割はシステムの固定のパラメータであり、信号によって変化しないため、信号の周波数帯域の境界は、通常ではサブバンドの境界に対応しない。したがって、周波数帯域幅がサブバンド幅より小さい信号は２つのサブバンドにまたがり、これは、ADCサンプリングレートの不必要な増加を生じる。

本発明は、圧縮センシングに基づく信号処理方法及び装置を提供し、これは、より低いサンプリングレートでより狭帯域の信号を処理することができ、様々な異なる周波数ドメインのスパース信号を柔軟に処理することができる。

本発明の第１の態様は、圧縮センシングに基づく信号処理方法を提供し、方法は、入力信号のスペクトル分布に従って、ベースバンドスペクトルにおいて、周波数混合が実行されている入力信号の信号成分の分布を決定するステップと、複数の周波数帯域を形成するために、信号成分の分布により形成された異なる信号エイリアシングパターンに従ってベースバンドスペクトルを分割するステップであり、周波数帯域のそれぞれは、１つの信号エイリアシングパターンに対応するステップと、周波数帯域における信号エイリアシングパターンに従って入力信号の最低サンプリング周波数を決定するステップ、及びサンプリングされた信号を取得するために、最低サンプリング周波数より大きいサンプリング周波数で入力信号上においてサンプリングを実行するステップと、サンプリングされた信号に従って、複数の周波数帯域の各周波数帯域において対応する信号成分を別々に回復し、入力信号の回復を完成させるために、周波数帯域において回復された信号成分を接合するステップとを含む。

第１の態様を参照して、第１の態様の第１の可能な実現方式では、周波数帯域における信号エイリアシングパターンに従って入力信号の最低サンプリング周波数を決定するステップは、周波数帯域の中で最大量のエイリアシングされた信号を含む周波数帯域を決定し、最大量のエイリアシングされた信号を含む周波数帯域により必要とされる最低サンプリング周波数を、入力信号の最低サンプリング周波数として使用するステップを具体的に含む。

第１の態様又は第１の態様の第１の可能な実現方式を参照して、第１の態様の第２の可能な実現方式では、サンプリングされた信号を取得するために、最低サンプリング周波数より大きいサンプリング周波数で入力信号上においてサンプリングを実行するステップは、具体的に、サンプリングされた信号を取得するために、サンプリング周波数f_sで入力信号上においてサンプリングを実行するステップであり、

であり、f_{s_min}は最低サンプリング周波数であり、Qは周波数帯域における最大量のエイリアシングされた信号であり、f_pはサブバンド帯域幅であり、mはシステムのチャネル量であるステップである。

第１の態様を参照して、第１の態様の第３の可能な実現方式では、複数の周波数帯域が形成された後に、この方法は、複数の周波数帯域の各周波数帯域における信号エイリアシングパターンに従って複数の周波数帯域の各周波数帯域において圧縮センシングサンプリングのための観測行列Aに対応する部分行列A_Siを決定するステップであり、i=1,...,Kであるステップを更に含み、サンプリングされた信号に従って、複数の周波数帯域の各周波数帯域において対応する信号成分を別々に回復し、全体の入力信号の回復を完成させるために、周波数帯域において回復された信号成分を接合するステップは、信号回復アルゴリズム式Z_Si(f)=A_Si ⁺y(f)に従って第i（i=1,...,K）の周波数帯域のベースバンドスペクトルを別々に回復するステップであり、A_Si ⁺は第iの周波数帯域の部分行列A_Siのムーア・ペンローズ逆行列であり、Z_Si(f)は第iの周波数帯域の回復されたベースバンドスペクトルであり、y(f)はサンプリングされた信号の離散フーリエ変換であり、Kはベースバンドスペクトル上において形成された周波数帯域の総量であるステップと、入力信号の全体のベースバンドスペクトルを取得するために、周波数帯域の回復されたベースバンドスペクトルを接合し、接合を通じて取得されたベースバンドスペクトルに従って入力信号を回復するステップとを具体的に含む。

第１の態様又は第１の態様の第１〜第３の可能な実現方式のうちいずれか１つを参照して、第１の態様の第４の可能な実現方式では、入力信号のスペクトル分布に従って、ベースバンドスペクトルにおいて、周波数混合が実行されている入力信号の信号成分の分布を決定するステップの前に、この方法は、入力信号のスペクトル分布を取得するために、前に受信した入力信号を検出し、入力信号のスペクトル分布に従ってシステム構成を実行するステップを更に含み、入力信号のスペクトル分布に従ってシステム構成を実行するステップは、システムのサブバンド帯域幅f_pを構成及び調整するステップ、又はシステムのサブバンド帯域幅f_pを動的に調整するステップ、又はサンプラのサンプリング周波数f_sを調整するステップ、又はフィルタの通過帯域を調整するステップ、又はチャネル量mを構成するステップのうち１つ又はそれ以上の組み合わせを具体的に含む。

第２の態様によれば、本発明は、圧縮センシングに基づく信号処理装置を更に提供し、装置は、入力信号のスペクトル分布に従って、ベースバンドスペクトルにおいて、周波数混合が実行されている入力信号の信号成分の分布を決定し、ベースバンドスペクトル上において複数の周波数帯域を形成するために、信号成分の分布により形成された異なる信号エイリアシングパターンに従ってベースバンドスペクトルを分割するように構成された前処理ユニットであり、周波数帯域のそれぞれは、１つの信号エイリアシングパターンに対応し、周波数帯域における信号エイリアシングパターンに従って入力信号の最低サンプリング周波数を決定するように構成された前処理ユニットと、サンプリングされた信号を取得するために、前処理ユニットにより決定された最低サンプリング周波数より大きいサンプリング周波数で入力信号上においてサンプリングを実行するように構成されたサンプリングユニットと、サンプリングユニットにより取得された、サンプリングされた信号に従って、前処理ユニットにより形成された複数の周波数帯域の各周波数帯域において対応する信号成分を別々に回復し、入力信号の回復を完成させるために、周波数帯域において回復された信号成分を接合するように構成された再構成ユニットとを含む。

第２の態様を参照して、第２の態様の第１の可能な実現方式では、前処理ユニットは、周波数帯域の中で最大量のエイリアシングされた信号を含む周波数帯域を決定し、最大量のエイリアシングされた信号を含む周波数帯域により必要とされる最低サンプリング周波数を、入力信号の最低サンプリング周波数として使用するように具体的に構成される。

第２の態様又は第２の態様の第１の可能な実現方式を参照して、第２の態様の第２の可能な実現方式では、サンプリングユニットは、サンプリングされた信号を取得するために、サンプリング周波数f_sで入力信号上においてサンプリングを実行するように具体的に構成され、

であり、f_{s_min}は最低サンプリング周波数であり、Qは周波数帯域における最大量のエイリアシングされた信号であり、f_pはサブバンド帯域幅であり、mはシステムのチャネル量である。

第２の態様を参照して、第２の態様の第３の可能な実現方式では、複数の周波数帯域がベースバンドスペクトル上において形成された後に、前処理ユニットは、複数の周波数帯域の各周波数帯域における信号エイリアシングパターンに従って周波数帯域のそれぞれにおいて圧縮センシングサンプリングのための観測行列Aに対応する部分行列A_Siを決定するように更に構成され、i=1,...,Kであり、再構成ユニットは、信号回復アルゴリズム式Z_Si(f)=A_Si ⁺y(f)に従って第i（i=1,...,K）の周波数帯域のベースバンドスペクトルを別々に回復するように具体的に構成され、A_Si ⁺は第iの周波数帯域の部分行列A_Siの転置行列であり、Z_Si(f)は第iの周波数帯域の回復されたベースバンドスペクトルであり、y(f)は回復されるべき信号であり、Kはベースバンドスペクトル上において形成された周波数帯域の総量であり、再構成ユニットは、入力信号の全体のベースバンドスペクトルを取得するために、周波数帯域の回復されたベースバンドスペクトルを接合し、接合を通じて取得されたベースバンドスペクトルに従って入力信号を回復するように更に具体的に構成される。

第２の態様又は第２の態様の第１〜第３の可能な実現方式のうちいずれか１つを参照して、第２の態様の第４の可能な実現方式では、前処理ユニットは、入力信号のスペクトル分布を取得するために、前に受信した入力信号を検出し、入力信号のスペクトル分布に従ってシステム構成を実行するように更に構成され、前処理ユニットは、システムのサブバンド帯域幅f_pを構成及び調整すること、又はシステムのサブバンド帯域幅f_pを動的に調整すること、又はサンプラのサンプリング周波数f_sを調整すること、又はフィルタの通過帯域を調整すること、又はチャネル量mを構成することのうち１つ又はそれ以上の組み合わせを構成するように具体的に構成される。

第２の態様を参照して、第２の態様の第５の可能な実現方式では、圧縮センシングに基づく信号処理装置は、基地局又は端末である。

第３の態様によれば、本発明は、圧縮センシングに基づく信号処理装置を更に提供し、装置は、プロセッサとトランシーバとメモリとを含み、トランシーバは、他の装置と相互作用し、入力信号を受信するように構成され、メモリは、プログラムを記憶するように構成され、プロセッサは、メモリに記憶されたプログラムを呼び出し、以下のステップ、すなわち、入力信号のスペクトル分布に従って、ベースバンドスペクトルにおいて、周波数混合が実行されている入力信号の信号成分の分布を決定するステップと、複数の周波数帯域を形成するために、信号成分の分布により形成された異なる信号エイリアシングパターンに従ってベースバンドスペクトルを分割するステップであり、周波数帯域のそれぞれは、１つの信号エイリアシングパターンに対応するステップと、周波数帯域における信号エイリアシングパターンに従って入力信号の最低サンプリング周波数を決定するステップ、及びサンプリングされた信号を取得するために、最低サンプリング周波数より大きいサンプリング周波数で入力信号上においてサンプリングを実行するステップと、サンプリングされた信号に従って、複数の周波数帯域の各周波数帯域において対応する信号成分を別々に回復し、入力信号の回復を完成させるために、周波数帯域において回復された信号成分を接合するステップとを実行するように構成される。

第３の態様を参照して、第３の態様の第１の可能な実現方式では、プロセッサが、周波数帯域における信号エイリアシングパターンに従って入力信号の最低サンプリング周波数を決定するように構成されることは、プロセッサが、周波数帯域の中で最大量のエイリアシングされた信号を含む周波数帯域を決定し、最大量のエイリアシングされた信号を含む周波数帯域により必要とされる最低サンプリング周波数を、入力信号の最低サンプリング周波数として使用するように構成されることを具体的に含む。

第３の態様又は第３の態様の第１の可能な実現方式を参照して、第３の態様の第２の可能な実現方式では、プロセッサが、サンプリングされた信号を取得するために、最低サンプリング周波数より大きいサンプリング周波数で入力信号上においてサンプリングを実行するように構成されることは、プロセッサが、サンプリングされた信号を取得するために、サンプリング周波数f_sで入力信号上においてサンプリングを実行するように構成され、

であり、f_{s_min}は最低サンプリング周波数であり、Qは周波数帯域における最大量のエイリアシングされた信号であり、f_pはサブバンド帯域幅であり、mはシステムのチャネル量であることを具体的に含む。

第３の態様を参照して、第３の態様の第３の可能な実現方式では、複数の周波数帯域が形成された後に、プロセッサは、複数の周波数帯域の各周波数帯域における信号エイリアシングパターンに従って複数の周波数帯域の各周波数帯域において圧縮センシングサンプリングのための観測行列Aに対応する部分行列A_Siを決定するように更に構成され、i=1,...,Kであり、プロセッサが、サンプリングされた信号に従って、複数の周波数帯域の各周波数帯域において対応する信号成分を別々に回復し、全体の入力信号の回復を完成させるために、周波数帯域において回復された信号成分を接合するように構成されることは、プロセッサが、信号回復アルゴリズム式Z_Si(f)=A_Si ⁺y(f)に従って第i（i=1,...,K）の周波数帯域のベースバンドスペクトルを別々に回復するように構成され、A_Si ⁺は第iの周波数帯域の部分行列A_Siのムーア・ペンローズ逆行列であり、Z_Si(f)は第iの周波数帯域の回復されたベースバンドスペクトルであり、y(f)はサンプリングされた信号の離散フーリエ変換であり、Kはベースバンドスペクトル上において形成された周波数帯域の総量であり、入力信号の全体のベースバンドスペクトルを取得するために、周波数帯域の回復されたベースバンドスペクトルを接合し、接合を通じて取得されたベースバンドスペクトルに従って入力信号を回復するように構成されることを具体的に含む。

第３の態様又は第３の態様の第１〜第３の可能な実現方式のうちいずれか１つを参照して、第３の態様の第４の可能な実現方式では、入力信号のスペクトル分布に従って、ベースバンドスペクトルにおいて、周波数混合が実行されている入力信号の信号成分の分布を決定する前に、プロセッサは、入力信号のスペクトル分布を取得するために、前に受信した入力信号を検出し、入力信号のスペクトル分布に従ってシステム構成を実行するように更に構成され、入力信号のスペクトル分布に従ってシステム構成を実行することは、システムのサブバンド帯域幅f_pを構成及び調整すること、又はシステムのサブバンド帯域幅f_pを動的に調整すること、又はサンプラのサンプリング周波数f_sを調整すること、又はフィルタの通過帯域を調整すること、又はチャネル量mを構成することのうち１つ又はそれ以上の組み合わせを具体的に含む。

第３の態様を参照して、第３の態様の第５の可能な実現方式では、圧縮センシングに基づく信号処理装置は、基地局又は端末である。

本発明で提供される圧縮センシングに基づく信号処理方法及び装置によれば、周波数混合の後に取得されたベースバンドスペクトルが分析され、ベースバンドスペクトルは、異なる信号エイリアシングパターンに従って複数の周波数帯域に分割され、信号は、異なる部分行列を別々に使用することにより回復され、次に接合される。このように、様々な異なる周波数ドメインのスパース信号が処理されることができ、信号サンプリングは、より低いサンプリング周波数で実行され、これは、必要なハードウェアチャネルの量を低減することができ、信号回復は、サンプリングレートが比較的低い場合に実現され、より狭帯域の信号は、より低いサンプリングレートで処理されることができる。

本発明の実施例における技術的解決策をより明確に説明するために、以下に、実施例を説明するために必要な添付図面を簡単に紹介する。明らかに、以下の説明における添付図面は、単に本発明のいくつかの実施例を示しているに過ぎず、当業者は、創造的取り組みを行わずに、依然としてこれらの添付図面から他の図面を導き得る。
本発明の実施例が基づく変調広帯域コンバータシステムの概略構成図である。 本発明の実施例１による圧縮センシングに基づく信号処理方法のフローチャートである。 ３つの通信信号が入力されるスペクトルを示す。 周波数混合が実行されている図３ａの入力信号のベースバンドスペクトルを示す。 本発明の実施例２による圧縮センシングに基づく信号処理装置の概略図である。 本発明の実施例３による圧縮センシングに基づく信号処理装置の概略構造組成図である。

本発明の発明目的、特徴及び利点をより明確且つより分かりやすくするために、以下に、本発明の実施例における添付図面を参照して本発明の実施例における技術的解決策を説明する。明らかに、説明する実施例は、本発明の実施例の全てではなく、単に一部に過ぎない。創造的取り組みを行わずに本発明の実施例に基づいて当業者により得られる全ての他の実施例は、本発明の保護範囲内に入るものとする。

本発明の実施例で提供される圧縮センシングに基づく信号処理方法及び装置は、圧縮センシングに基づく通信システム、特に、圧縮センシングに基づく受信機に適用されることができ、様々な異なる周波数ドメインのスパース信号、例えば、ロングタームエボリューション（Long Term Evolution、LTE）システムにおいて複数の周波数帯域を使用することにより同じユーザのデータ情報を送信することにより形成される、比較的広い周波数を有する通信信号、又は複数のオペレータにより送信される異なる周波数帯域の通信信号を処理するために使用される。本発明は、ハードウェアチャネルの量が信号により占有されるサブバンドの量未満であるシナリオに特に適用可能である。一般的に、本発明によりもたらされることができる利点は、より少量のハードウェアチャネルが存在する場合に、より明らかになる。

図１は、本発明の実施例が基づく変調広帯域コンバータシステムの概略構成図である。このシステムは、一般的に受信機に設定され、特に、m（1...m）個のチャネルを有する圧縮収集装置を含む。各チャネルは、周波数ミキサ1と、低域フィルタ2と、ADCサンプラ3とを含む。周波数混合がランダム擬似系列（p₁(t),...,及びp_m(t)を含む）を使用することにより周波数ミキサ1により入力信号x(t)上において実行された後に、入力信号x(t)は、低域フィルタ2（h₁(t),...,h_m(t)）をそれぞれ通過し、次に、エイリアシングされたサンプリングされた信号y₁[n],...,y_m[n]を取得するために、サンプリングがADCサンプラ3により実行され、次に、信号回復は、エイリアシングされたサンプリングされた信号を、従来のADCサンプリング装置によりサンプリングされた信号に回復するために、信号回復アルゴリズムを実行することにより実行され、これにより、入力信号の完全な回復を実現する。

本発明の実施例では、単一チャネル（m=1）の圧縮センシングに基づく通信システムが説明の例として使用される。複数のチャネルが存在する場合には、同様の拡張がこれに従って行われてもよく、これらの場合は、本発明においてここでは１つずつ列挙されない。

＜実施例１＞
図２に示すように、本発明の実施例１による圧縮センシングに基づく信号処理方法は以下を含む。

S101：受信機は、入力信号のスペクトル分布に従って、ベースバンドスペクトルにおいて、周波数混合が実行されている入力信号の信号成分の分布を決定する。

入力信号は、無線周波数信号である。異なるオペレータに対応する送信周波数帯域は、通常では既知の信号であるため、本発明の実施例では、これらの既知の無線周波数信号が、処理のための入力信号として使用され、すなわち、入力信号により占有される周波数帯域は、通常では既知である。したがって、既知の信号のスペクトル分布に従って、ベースバンドスペクトルにおいて周波数混合が信号上において実行された後に形成された複数の信号成分の分布の状況は、事前に推定されてもよい。入力信号は、図３ａに示すように、３つの通信信号、すなわち、原点に対して対称的であり、中心周波数がそれぞれ±880MHz、±1832.5MHz及び±2.65GHzであり、帯域幅がそれぞれ10MHz、15MHz及び60MHzである信号1、信号2及び信号3を含む、複数の不連続な狭帯域信号を含んでもよい。システムは、帯域幅が2.98Gまで達する信号（原点に対して対称的である信号）をサポートすることができ、全体の5.95G帯域幅は、97個のサブバンドに分割されてもよい。したがって、各サブバンドの帯域幅（すなわち、f_p）は、61.35MHz=5.95G/97である。図３ａにおける３つの通信信号は、信号1のサブバンド（約830MHz〜890MHz及び約-890MHz〜-830MHz）、信号2のサブバンド（約1.81GHz〜1.87GHz及び-1.87Gz〜-1.81GHz）、及び信号3のサブバンド（2.61GHz〜2.67GHz、2.67GHz〜2.73GHz、-2.67GHz〜-2.61GHz及び-2.73GHz〜-2.67GHz）を含む、合計で8個のサブバンドを占有する。中心周波数が±2.65GHzである信号3の両側は、双方の側において２つのサブバンドに対称的にまたがり、サブバンドの境界は約±2.67GHzにある。

入力信号のスペクトルは既知であるため、ベースバンドスペクトルにおいて、周波数混合が実行されている入力信号の信号成分の分布は、事前に計算されることができる。

周波数混合は、周期的な系列の特性に従って実行され、各サブバンドの中心に調波が存在し、すなわち、周波数混合信号は、量がサブバンド帯域幅fpの倍数である複数のモノフォニーを含む。周波数混合の後に、各狭帯域信号は、狭帯域信号が位置するサブバンドの調波によりベースバンドに動かされ（信号が複数のサブバンドにまたがる場合、各サブバンドにおける信号の一部が異なる信号として考えられる）、動かされた信号は、ベースバンドにおいてエイリアシングされる。ベースバンドにおける信号の周波数の分布は、各狭帯域信号のスペクトル及び各狭帯域信号が位置するサブバンドの中心周波数ビンの周波数に従って計算されてもよい。

図３ｂは、周波数混合移動が実行されている図３ａの３つの信号のベースバンドスペクトルを示す。周波数混合の後に、信号1は、ベースバンドスペクトル上において図面において(1)で記される実線及び灰色の実線により表される信号であり、実線は周波数混合の後の正信号の信号であり、灰色の実線は周波数混合の後の負信号の信号である。周波数混合の後に、信号2は、ベースバンドスペクトル上において図面において(2)で記される円付きの実線及び円付きの灰色の実線により表される信号であり、円付きの実線は周波数混合の後の正信号の信号であり、円付きの灰色の実線は周波数混合の後の負信号の信号である。信号3は２つのサブバンドにまたがり、周波数混合の後に、信号3は、ベースバンドスペクトル上において図面において(3)で記される一点鎖線、灰色の一点鎖線、ギザギザ線及び灰色のギザギザ線により表される信号であり、一点鎖線及びギザギザ線は周波数混合の後の正信号の信号であり、灰色の一点鎖線及び灰色のギザギザ線は周波数混合の後の負信号の信号である。

任意選択で、入力信号のスペクトル分布が明白或いは明確でない場合、又は入力信号が動的に分布している場合、本発明のこの実施例では、入力信号のスペクトル分布は、前に受信した入力信号に従って決定されてもよく、次に、ベースバンドスペクトルにおいて、周波数混合移動が実行されている入力信号の信号成分の分布は、入力信号の決定されたスペクトル分布に従って決定される。これは、入力信号のスペクトル分布を取得するために、前に受信した入力信号を検出することを含む。入力信号のスペクトル分布が決定された後に、システムは、入力信号のスペクトル分布に従って更に構成されてもよい。例えば、システムのサブバンド帯域幅f_p、サンプラのサンプリング周波数、及び／又はフィルタの通過帯域は、入力信号のスペクトル分布に従って構成或いは動的に調整される。

S102：受信機は、複数の周波数帯域を形成するために、信号成分の分布により形成された異なる信号エイリアシングパターンに従ってベースバンドスペクトルを分割し、周波数帯域のそれぞれは、１つの信号エイリアシングパターンに対応する。

図３ｂを参照すると、異なる信号がベースバンドスペクトルの異なる周波数帯域においてエイリアシングされていることが分かる。ベースバンドスペクトルは、異なるエイリアシングパターンに従って複数の周波数帯域に分割されてもよい。図面の各線は、８個の異なる信号エイリアシングパターンを含み、８個の周波数帯域は、分割を通じて取得されてもよい。２つの信号（一点鎖線及び灰色の一点鎖線）は、第１の周波数帯域においてエイリアシングされ、３つの信号（一点鎖線、灰色の一点鎖線及び灰色の実線）は、第２の周波数帯域においてエイリアシングされ、２つの信号（灰色の一点鎖線及び灰色の実線）は、第３の周波数帯域においてエイリアシングされ、３つの信号（灰色の一点鎖線、円付きの実線及びギザギザ線）は、第４の周波数帯域においてエイリアシングされ、３つの信号（灰色の一点鎖線、円付きの灰色の実線及びギザギザ線）は、第５の周波数帯域においてエイリアシングされ、２つの信号（実線及びギザギザ線）は、第６の周波数帯域においてエイリアシングされ、３つの信号（実線、ギザギザ線及び灰色のギザギザ線）は、第７の周波数帯域においてエイリアシングされ、２つの信号（ギザギザ線及び灰色のギザギザ線）は、第８の周波数帯域においてエイリアシングされる。最大の３つの信号が１つの周波数帯域でエイリアシングされる。

S103：受信機は、周波数帯域における信号エイリアシングパターンに従って入力信号の最低サンプリング周波数を決定し、サンプリングされた信号を取得するために、最低サンプリング周波数より大きいサンプリング周波数で入力信号上においてサンプリングを実行する。

周波数帯域における信号エイリアシングパターンに従って入力信号の最低サンプリング周波数を決定することは、周波数帯域の中で最大量のエイリアシングされた信号を含む周波数帯域を決定し、最大量のエイリアシングされた信号を含む周波数帯域により必要とされる最低サンプリング周波数を、入力信号の最低サンプリング周波数として使用することを具体的に含む。

最大のQ≦N個の信号がベースバンドスペクトルの各周波数帯域においてエイリアシングされる場合、ADCのサンプリング周波数は、f_s≧Qf_pという条件を満たす必要がある。しかし、既存のMWCシステムでは、ADCのサンプリング周波数はNf_pであり、通常ではQ＜Nである。本発明におけるADCのサンプリング周波数は、従来技術のMWCシステムのサンプリング周波数より低いことが分かる。Qはベースバンドスペクトルの周波数帯域における最大量のエイリアシングされた信号であり、f_sはサンプリング周波数であり、f_pはサブバンド帯域幅である。図３ｂに示すように、周波数帯域は、最大の３つのサブバンドのエイリアシングされた信号を有し、これは、第２、第４、第５及び第７の周波数帯域である。したがって、決定された最低サンプリング周波数は、3f_p=184.05MHzであり、すなわち、本発明では、ADCのサンプリング周波数は、3f_p=184.05MHzという条件を満たしさえすればよい。既存のMWCシステムによれば、ADCのサンプリング周波数は、少なくとも8f_p=490.8MHzである。従来のNyquist（すなわち、圧縮センシングに基づかないサンプリング方法）によれば、３つの信号上においてサンプリングを実行するために単一チャネルのADCが使用される必要があり、最低サンプリング周波数は、2*(2.680GHz-875MHz)=2*1.805GHz=3.61GHzである。３つの信号が３つのチャネル（３つの周波数ミキサ）を使用することにより基本周波数に対して別々に復調された後に、サンプリングが３つのADCを使用することにより別々に実行された場合であっても、３つのADCの合計サンプリング周波数は、(10MHz+15MHz+60MHz)*2=85M*2=170MHzに達する必要もある。したがって、本発明では、サンプリングは、最低サンプリングレートに近いレートで、単一チャネルのハードウェアデバイス（m=1の圧縮サンプリング装置）を使用することにより入力信号上において実行されてもよい。

m個のチャネルを有するシステムでは、サンプリングされた信号を取得するために、最低サンプリング周波数より大きいサンプリング周波数で入力信号上においてサンプリングを実行することは、具体的に、サンプリングされた信号を取得するために、サンプリング周波数f_sで入力信号上においてサンプリングを実行することであり、

であり、f_{s_min}は最低サンプリング周波数であり、Qは周波数帯域における最大量のエイリアシングされた信号であり、f_pはサブバンド帯域幅であり、mはシステムのチャネル量である。

S104：受信機は、サンプリングされた信号に従って、複数の周波数帯域の各周波数帯域において対応する信号成分を別々に回復し、入力信号の回復を完成させるために、周波数帯域において回復された信号成分を接合する。

複数の周波数帯域がベースバンドスペクトル上において形成された後に、この方法は、複数の周波数帯域の各周波数帯域における信号エイリアシングパターンに従って複数の周波数帯域の各周波数帯域において圧縮センシングサンプリングのための観測行列A_Siに対応する部分行列Aを決定することを更に含み、i=1,...,Kである。

K個の周波数帯域がベースバンドスペクトル上において形成された場合、第i（i=1,...,K）の周波数帯域における信号f∈[f_i1,f_i2)が位置するサブバンドの集合はS_iであり、第i（i=1,...,K）の周波数帯域に対応する観測行列の部分行列はA_Siであり、第iの周波数帯域における対応する信号のベースバンドスペクトルは、Z_Si(f)≧A_Si ⁺y(f)に回復されてもよい。

サンプリングされた信号に従って、複数の周波数帯域の各周波数帯域において対応する信号成分を別々に回復し、全体の入力信号の回復を完成させるために、周波数帯域において回復された信号成分を接合することは、以下を具体的に含む。

S1041：信号回復アルゴリズム式Z_Si(f)=A_Si ⁺y(f)に従って第i（i=1,...,K）の周波数帯域のベースバンドスペクトルを別々に回復する。

A_Si ⁺は第iの周波数帯域の部分行列A_Siのムーア・ペンローズ逆行列であり、Z_Si(f)は第iの周波数帯域の回復されたベースバンドスペクトルであり、y(f)はサンプリングされた信号の離散フーリエ変換であり、Kはベースバンドスペクトル上において形成された周波数帯域の総量である。

S1042：入力信号の全体のベースバンドスペクトルを取得するために、周波数帯域の回復されたベースバンドスペクトルを接合し、接合を通じて取得されたベースバンドスペクトルに従って入力信号を回復する。

ステップS1041において計算されたK個の周波数帯域のベースバンドスペクトルは、加算を用いて全体のベースバンドスペクトルに接合され、入力信号は、接合を通じて取得されたベースバンドスペクトルに従って回復され、これにより、正確な回復された信号を取得する。

直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing、OFDM）のような、データ情報が周波数ビンを使用することにより搬送される変調方式では、データ情報は、時間ドメイン信号を回復する必要なく、ベースバンドスペクトルから直接回復されることができる。他の変調方式では、ベースバンドの周波数ドメイン信号は、離散フーリエ変換（Discrete Fourier Transformation、DFT）を用いて時間ドメインのサンプリングされた信号に変換されてもよい。

このように、本発明のこの実施例で提供される圧縮センシングに基づく信号処理方法によれば、周波数混合の後に取得されたベースバンドスペクトルが分析され、ベースバンドスペクトルは、異なる信号エイリアシングパターンに従って複数の周波数帯域に分割され、信号は、異なる部分行列を別々に使用することにより回復され、次に接合される。このように、様々な異なる周波数ドメインのスパース信号が処理されることができ、信号サンプリングは、より低いサンプリング周波数で実行され、これは、必要なハードウェアチャネルの量を低減することができ、信号回復は、サンプリングレートが比較的低い場合に実現され、より狭帯域の信号は、より低いサンプリングレートで処理されることができる。

＜実施例２＞
図４は、本発明のこの実施例による圧縮センシングに基づく信号処理装置の概略図である。図４に示すように、本発明の圧縮センシングに基づく信号処理装置は、前処理ユニット401と、サンプリングユニット402と、再構成ユニット403とを含む。

前処理ユニット401は、入力信号のスペクトル分布に従って、ベースバンドスペクトルにおいて、周波数混合が実行されている入力信号の信号成分の分布を決定し、ベースバンドスペクトル上において複数の周波数帯域を形成するために、信号成分の分布により形成された異なる信号エイリアシングパターンに従ってベースバンドスペクトルを分割するように構成され、周波数帯域のそれぞれは、１つの信号エイリアシングパターンに対応し、周波数帯域における信号エイリアシングパターンに従って入力信号の最低サンプリング周波数を決定するように構成される。

入力信号は、無線周波数信号である。異なるオペレータに対応する送信周波数帯域は、通常では既知の信号であるため、本発明の実施例では、これらの既知の無線周波数信号が、処理のための入力信号として使用され、すなわち、入力信号により占有される周波数帯域は、通常では既知である。したがって、既知の信号のスペクトル分布に従って、前処理ユニット401は、ベースバンドスペクトルにおいて周波数混合が信号上において実行された後に形成された複数の信号成分の分布の状況を事前に推定してもよい。入力信号は、図３ａに示すように、原点に対して中心に対称的である３つのチャネル信号を含む複数の不連続な狭帯域信号を含んでもよい。入力信号のスペクトルは既知であるため、前処理ユニット401は、ベースバンドスペクトルにおいて、周波数混合が実行されている入力信号の信号成分の分布を事前に計算することができる。図３ｂに示すように、異なる信号がベースバンドスペクトルの異なる周波数帯域においてエイリアシングされていることが分かる。ベースバンドスペクトルは、異なるエイリアシングパターンに従って複数の周波数帯域に分割されてもよい。図面の各線は、８個の異なる信号エイリアシングパターンを含み、８個の周波数帯域は、分割を通じて取得されてもよい。

前処理ユニット401は、周波数帯域の中で最大量のエイリアシングされた信号を含む周波数帯域を決定し、最大量のエイリアシングされた信号を含む周波数帯域により必要とされる最低サンプリング周波数を、入力信号の最低サンプリング周波数として使用する。

最大のQ≦N個の信号がベースバンドスペクトルの各周波数帯域においてエイリアシングされる場合、ADCのサンプリング周波数は、f_s≧Qf_pという条件を満たす必要がある。しかし、既存のMWCシステムでは、ADCのサンプリング周波数はNf_pであり、通常ではQ＜Nである。本発明におけるADCのサンプリング周波数は、従来技術のMWCシステムのサンプリング周波数より低いことが分かる。Qはベースバンドスペクトルの周波数帯域における最大量のエイリアシングされた信号であり、f_sはサンプリング周波数であり、f_pはサブバンド帯域幅である。図３ｂに示すように、周波数帯域は、最大の３つのサブバンドのエイリアシングされた信号を有し、これは、第２、第４、第５及び第７の周波数帯域である。したがって、前処理ユニット401により決定された最低サンプリング周波数は、3f_p=184.05MHzであり、すなわち、本発明では、ADCのサンプリング周波数は、3f_p=184.05MHzという条件を満たしさえすればよい。

任意選択で、入力信号のスペクトル分布が明白或いは明確でない場合、又は入力信号が動的に分布している場合、前処理ユニット401は、前に受信した入力信号に従って入力信号のスペクトル分布を決定し、次に、入力信号の決定されたスペクトル分布に従って、ベースバンドスペクトルにおいて、周波数混合移動が実行されている入力信号の信号成分の分布を決定してもよい。

具体的に、前処理ユニット401は、入力信号のスペクトル分布を取得するために、前に受信した入力信号を検出し、入力信号のスペクトル分布に従ってシステム構成を実行し、システムのサブバンド帯域幅f_pを構成及び調整すること、又はシステムのサブバンド帯域幅f_pを動的に調整すること、又はサンプラのサンプリング周波数f_sを調整すること、又はフィルタの通過帯域を調整すること、又はチャネル量mを構成することのうち１つ又はそれ以上の組み合わせを構成するように具体的に構成される。

サンプリングユニット402は、サンプリングされた信号を取得するために、前処理ユニット401により決定された最低サンプリング周波数より大きいサンプリング周波数で入力信号上においてサンプリングを実行するように構成される。

サンプリングユニット402は、サンプリングされた信号を取得するために、サンプリング周波数f_sで入力信号上においてサンプリングを実行するように具体的に構成され、

であり、f_{s_min}は最低サンプリング周波数であり、Qは周波数帯域における最大量のエイリアシングされた信号であり、f_pはサブバンド帯域幅であり、mはシステムのチャネル量である。

再構成ユニット403は、サンプリングユニット402により取得された、サンプリングされた信号に従って、前処理ユニット401により形成された複数の周波数帯域の各周波数帯域において対応する信号成分を別々に回復し、入力信号の回復を完成させるために、周波数帯域において回復された信号成分を接合するように構成される。

任意選択で、複数の周波数帯域がベースバンドスペクトル上において形成された後に、前処理ユニット401は、複数の周波数帯域の各周波数帯域における信号エイリアシングパターンに従って周波数帯域のそれぞれにおいて圧縮センシングサンプリングのための観測行列A_Siに対応する部分行列Aを決定するように更に構成され、i=1,...,Kである。

K個の周波数帯域がベースバンドスペクトル上において形成された場合、第i（i=1,...,K）の周波数帯域における信号f∈[f_i1,f_i2)が位置するサブバンドの集合はS_iであり、第i（i=1,...,K）の周波数帯域に対応する観測行列の部分行列はA_Siであり、第iの周波数帯域における対応する信号のベースバンドスペクトルは、Z_Si(f)≧A_Si ⁺y(f)に回復されてもよい。

再構成ユニット403は、信号回復アルゴリズム式Z_Si(f)=A_Si ⁺y(f)に従って第i（i=1,...,K）の周波数帯域のベースバンドスペクトルを別々に回復するように具体的に構成され、A_Si ⁺は第iの周波数帯域の部分行列A_Siの転置行列であり、Z_Si(f)は第iの周波数帯域の回復されたベースバンドスペクトルであり、y(f)は回復されるべき信号であり、Kはベースバンドスペクトル上において形成された周波数帯域の総量である。再構成ユニット403は、入力信号の全体のベースバンドスペクトルを取得するために、周波数帯域の回復されたベースバンドスペクトルを接合し、接合を通じて取得されたベースバンドスペクトルに従って入力信号を回復するように更に具体的に構成される。再構成ユニット403は、加算を用いてK個の周波数帯域の計算されたベースバンドスペクトルを全体のベースバンドスペクトルに接合し、接合を通じて取得されたベースバンドスペクトルに従って入力信号を回復し、これにより、正確な回復された信号を取得する。

直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing、OFDM）のような、データ情報が周波数ビンを使用することにより搬送される変調方式では、データ情報は、時間ドメイン信号を回復する必要なく、ベースバンドスペクトルから直接回復されることができる。他の変調方式では、ベースバンドの周波数ドメイン信号は、離散フーリエ変換（Discrete Fourier Transformation、DFT）を用いて時間ドメインのサンプリングされた信号に変換されてもよい。

＜実施例３＞
図５は、本発明のこの実施例による圧縮センシングに基づく信号処理装置の概略構造組成図である。図５に示すように、本発明の圧縮センシングに基づく信号処理装置は、プロセッサ501と、トランシーバ502と、メモリ503とを含む。

プロセッサ501は、シングルコア若しくはマルチコア中央処理装置（Central Processing Unit、CPU）又は特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit、ASIC）、又は本発明のこの実施例を実現するように構成された１つ以上の集積回路でもよい。

トランシーバ502は、他の装置と相互作用し、入力信号を受信するように構成される。

メモリ503は、プログラムを記憶するように構成される。

プロセッサ501は、メモリ503に記憶されたプログラムを呼び出し、以下のステップ、すなわち、入力信号のスペクトル分布に従って、ベースバンドスペクトルにおいて、周波数混合が実行されている入力信号の信号成分の分布を決定するステップと、複数の周波数帯域を形成するために、信号成分の分布により形成された異なる信号エイリアシングパターンに従ってベースバンドスペクトルを分割するステップであり、周波数帯域のそれぞれは、１つの信号エイリアシングパターンに対応するステップと、周波数帯域における信号エイリアシングパターンに従って入力信号の最低サンプリング周波数を決定するステップ、及びサンプリングされた信号を取得するために、最低サンプリング周波数より大きいサンプリング周波数で入力信号上においてサンプリングを実行するステップと、サンプリングされた信号に従って、複数の周波数帯域の各周波数帯域において対応する信号成分を別々に回復し、入力信号の回復を完成させるために、周波数帯域において回復された信号成分を接合するステップとを実行するように構成される。

さらに、プロセッサ501が、周波数帯域における信号エイリアシングパターンに従って入力信号の最低サンプリング周波数を決定するように構成されることは、プロセッサ501が、周波数帯域の中で最大量のエイリアシングされた信号を含む周波数帯域を決定し、最大量のエイリアシングされた信号を含む周波数帯域により必要とされる最低サンプリング周波数を、入力信号の最低サンプリング周波数として使用するように構成されることを具体的に含む。

さらに、プロセッサ501が、サンプリングされた信号を取得するために、最低サンプリング周波数より大きいサンプリング周波数で入力信号上においてサンプリングを実行するように構成されることは、プロセッサ501が、サンプリングされた信号を取得するために、サンプリング周波数f_sで入力信号上においてサンプリングを実行するように構成され、

であり、f_{s_min}は最低サンプリング周波数であり、Qは周波数帯域における最大量のエイリアシングされた信号であり、f_pはサブバンド帯域幅であり、mはシステムのチャネル量であることを具体的に含む。

さらに、複数の周波数帯域が形成された後に、プロセッサ501は、複数の周波数帯域の各周波数帯域における信号エイリアシングパターンに従って複数の周波数帯域の各周波数帯域において圧縮センシングサンプリングのための観測行列A_Siに対応する部分行列Aを決定するように更に構成され、i=1,...,Kであり、プロセッサ501が、サンプリングされた信号に従って、複数の周波数帯域の各周波数帯域において対応する信号成分を別々に回復し、全体の入力信号の回復を完成させるために、周波数帯域において回復された信号成分を接合するように構成されることは、プロセッサ501が、信号回復アルゴリズム式Z_Si(f)=A_Si ⁺y(f)に従って第i（i=1,...,K）の周波数帯域のベースバンドスペクトルを別々に回復するように構成され、A_Si ⁺は第iの周波数帯域の部分行列A_Siのムーア・ペンローズ逆行列であり、Z_Si(f)は第iの周波数帯域の回復されたベースバンドスペクトルであり、y(f)はサンプリングされた信号の離散フーリエ変換であり、Kはベースバンドスペクトル上において形成された周波数帯域の総量であり、入力信号の全体のベースバンドスペクトルを取得するために、周波数帯域の回復されたベースバンドスペクトルを接合し、接合を通じて取得されたベースバンドスペクトルに従って入力信号を回復するように構成されることを具体的に含む。

さらに、入力信号のスペクトル分布に従って、ベースバンドスペクトルにおいて、周波数混合が実行されている入力信号の信号成分の分布を決定する前に、プロセッサ501は、入力信号のスペクトル分布を取得するために、前に受信した入力信号を検出し、入力信号のスペクトル分布に従ってシステム構成を実行するように更に構成される。

具体的に、圧縮センシングに基づく信号処理装置は、命令に従って実施例１における信号処理方法を更に実行する。詳細はここで再び説明しない。

本発明のこの実施例で提供される圧縮センシングに基づく信号処理装置は、様々な通信デバイス、例えば、基地局又は端末に設定されてもよく、これは本発明において限定されない。

本発明で提供される圧縮センシングに基づく信号処理方法及び装置によれば、周波数混合の後に取得されたベースバンドスペクトルが分析され、ベースバンドスペクトルは、異なる信号エイリアシングパターンに従って複数の周波数帯域に分割され、信号は、異なる部分行列を別々に使用することにより回復され、次に接合される。このように、様々な異なる周波数ドメインのスパース信号が処理されることができ、信号サンプリングは、より低いサンプリング周波数で実行され、これは、必要なハードウェアチャネルの量を低減することができ、信号回復は、サンプリングレートが比較的低い場合に実現され、より狭帯域の信号は、より低いサンプリングレートで処理されることができる。

当業者は、この明細書に開示された実施例に記載の例と組み合わせて、ユニット及びアルゴリズムのステップが電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、又はこれらの組み合わせにより実現されてもよいことを更に認識し得る。ハードウェアとソフトウェアとの間の互換性を明確に説明するために、前述では、機能に従って各例の構成及びステップを一般的に説明した。機能がハードウェアにより実行されるかソフトウェアにより実行されるかは、技術的解決策の特定の用途及び設計上の制約条件に依存する。当業者は、特定の用途毎に記載の機能を実現するために異なる方法を使用してもよいが、この実現は、本発明の範囲を超えるものとして考えられるべきではない。

この明細書に開示される実施例に記載の方法のステップ又はアルゴリズムは、ハードウェア、プロセッサにより実行されるソフトウェアモジュール、又はこれらの組み合わせにより実現されてもよい。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ（RAM）、メモリ、読み取り専用メモリ（ROM）、電気的プログラム可能ROM、電気的消去可能プログラム可能ROM、レジスタ、ハードディスク、取り外し可能ディスク、CD-ROM、又は当該技術分野において既知の他の形式の記憶媒体に存在してもよい。

前述の具体的な実現方式において、本発明の目的、技術的解決策及び利点は、以下に更に説明される。前述の説明は、本発明の単に具体的な実現方式に過ぎず、本発明の保護範囲を限定することを意図するものではない。本発明の精神及び原理から逸脱することなく行われる如何なる変更、等価置換又は改良も、本発明の保護範囲内に入るべきである。

周波数混合は、周期的な系列の特性に従って実行され、各サブバンドの中心に調波が存在し、すなわち、周波数混合信号は、量がサブバンド帯域幅f _p の倍数である複数のモノフォニーを含む。周波数混合の後に、各狭帯域信号は、狭帯域信号が位置するサブバンドの調波によりベースバンドに動かされ（信号が複数のサブバンドにまたがる場合、各サブバンドにおける信号の一部が異なる信号として考えられる）、動かされた信号は、ベースバンドにおいてエイリアシングされる。ベースバンドにおける信号の周波数の分布は、各狭帯域信号のスペクトル及び各狭帯域信号が位置するサブバンドの中心周波数ビンの周波数に従って計算されてもよい。

複数の周波数帯域がベースバンドスペクトル上において形成された後に、この方法は、複数の周波数帯域の各周波数帯域における信号エイリアシングパターンに従って複数の周波数帯域の各周波数帯域において圧縮センシングサンプリングのための観測行列Aに対応する部分行列A _Si を決定することを更に含み、i=1,...,Kである。

任意選択で、複数の周波数帯域がベースバンドスペクトル上において形成された後に、前処理ユニット401は、複数の周波数帯域の各周波数帯域における信号エイリアシングパターンに従って周波数帯域のそれぞれにおいて圧縮センシングサンプリングのための観測行列Aに対応する部分行列A _Si を決定するように更に構成され、i=1,...,Kである。

さらに、複数の周波数帯域が形成された後に、プロセッサ501は、複数の周波数帯域の各周波数帯域における信号エイリアシングパターンに従って複数の周波数帯域の各周波数帯域において圧縮センシングサンプリングのための観測行列Aに対応する部分行列A _Si を決定するように更に構成され、i=1,...,Kであり、プロセッサ501が、サンプリングされた信号に従って、複数の周波数帯域の各周波数帯域において対応する信号成分を別々に回復し、全体の入力信号の回復を完成させるために、周波数帯域において回復された信号成分を接合するように構成されることは、プロセッサ501が、信号回復アルゴリズム式Z_Si(f)=A_Si ⁺y(f)に従って第i（i=1,...,K）の周波数帯域のベースバンドスペクトルを別々に回復するように構成され、A_Si ⁺は第iの周波数帯域の部分行列A_Siのムーア・ペンローズ逆行列であり、Z_Si(f)は第iの周波数帯域の回復されたベースバンドスペクトルであり、y(f)はサンプリングされた信号の離散フーリエ変換であり、Kはベースバンドスペクトル上において形成された周波数帯域の総量であり、入力信号の全体のベースバンドスペクトルを取得するために、周波数帯域の回復されたベースバンドスペクトルを接合し、接合を通じて取得されたベースバンドスペクトルに従って入力信号を回復するように構成されることを具体的に含む。

Claims (17)

1. 圧縮センシングに基づく信号処理方法であって、
   入力信号のスペクトル分布に従って、ベースバンドスペクトルにおいて、周波数混合が実行されている前記入力信号の信号成分の分布を決定するステップと、
   複数の周波数帯域を形成するために、前記信号成分の前記分布により形成された異なる信号エイリアシングパターンに従って前記ベースバンドスペクトルを分割するステップであり、前記周波数帯域のそれぞれは、１つの信号エイリアシングパターンに対応するステップと、
   前記周波数帯域における前記信号エイリアシングパターンに従って前記入力信号の最低サンプリング周波数を決定するステップ、及びサンプリングされた信号を取得するために、前記最低サンプリング周波数より大きいサンプリング周波数で前記入力信号上においてサンプリングを実行するステップと、
   前記サンプリングされた信号に従って、前記複数の周波数帯域の各周波数帯域において対応する信号成分を別々に回復し、前記入力信号の回復を完成させるために、前記周波数帯域において回復された前記信号成分を接合するステップと
   を含む方法。
2. 前記周波数帯域における前記信号エイリアシングパターンに従って前記入力信号の最低サンプリング周波数を決定する前記ステップは、
   前記周波数帯域の中で最大量のエイリアシングされた信号を含む周波数帯域を決定し、前記最大量のエイリアシングされた信号を含む前記周波数帯域により必要とされる最低サンプリング周波数を、前記入力信号の前記最低サンプリング周波数として使用するステップを具体的に含む、請求項１に記載の方法。
3. サンプリングされた信号を取得するために、前記最低サンプリング周波数より大きいサンプリング周波数で前記入力信号上においてサンプリングを実行する前記ステップは、具体的に、
   前記サンプリングされた信号を取得するために、サンプリング周波数f_sで前記入力信号上においてサンプリングを実行するステップであり、
   

   

   であり、f_{s_min}は前記最低サンプリング周波数であり、Qは前記周波数帯域における最大量のエイリアシングされた信号であり、f_pはサブバンド帯域幅であり、mはシステムのチャネル量であるステップである、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記複数の周波数帯域が形成された後に、前記方法は、
   前記複数の周波数帯域の各周波数帯域における前記信号エイリアシングパターンに従って前記複数の周波数帯域の各周波数帯域において圧縮センシングサンプリングのための観測行列Aに対応する部分行列A_Siを決定するステップであり、i=1,...,Kであるステップを更に含み、
   前記サンプリングされた信号に従って、前記複数の周波数帯域の各周波数帯域において対応する信号成分を別々に回復し、前記全体の入力信号の回復を完成させるために、前記周波数帯域において回復された前記信号成分を接合する前記ステップは、
   信号回復アルゴリズム式Z_Si(f)=A_Si ⁺y(f)に従って第i（i=1,...,K）の周波数帯域のベースバンドスペクトルを別々に回復するステップであり、A_Si ⁺は前記第iの周波数帯域の部分行列A_Siのムーア・ペンローズ逆行列であり、Z_Si(f)は前記第iの周波数帯域の前記回復されたベースバンドスペクトルであり、y(f)は前記サンプリングされた信号の離散フーリエ変換であり、Kは前記ベースバンドスペクトル上において形成された前記周波数帯域の総量であるステップと、
   前記入力信号の全体のベースバンドスペクトルを取得するために、前記周波数帯域の前記回復されたベースバンドスペクトルを接合し、接合を通じて取得された前記ベースバンドスペクトルに従って前記入力信号を回復するステップと
   を具体的に含む、請求項１に記載の方法。
5. 入力信号のスペクトル分布に従って、ベースバンドスペクトルにおいて、周波数混合が実行されている前記入力信号の信号成分の分布を決定する前記ステップの前に、前記方法は、
   前記入力信号の前記スペクトル分布を取得するために、前に受信した入力信号を検出し、前記入力信号の前記スペクトル分布に従ってシステム構成を実行するステップを更に含み、
   前記入力信号の前記スペクトル分布に従ってシステム構成を実行する前記ステップは、
   前記システムの前記サブバンド帯域幅f_pを構成及び調整するステップ、又は
   前記システムの前記サブバンド帯域幅f_pを動的に調整するステップ、又は
   サンプラの前記サンプリング周波数f_sを調整するステップ、又は
   フィルタの通過帯域を調整するステップ、又は
   前記チャネル量mを構成するステップ
   のうち１つ又はそれ以上の組み合わせを具体的に含む、請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の信号処理方法。
6. 圧縮センシングに基づく信号処理装置であって、
   入力信号のスペクトル分布に従って、ベースバンドスペクトルにおいて、周波数混合が実行されている前記入力信号の信号成分の分布を決定し、前記ベースバンドスペクトル上において複数の周波数帯域を形成するために、前記信号成分の前記分布により形成された異なる信号エイリアシングパターンに従って前記ベースバンドスペクトルを分割するように構成された前処理ユニットであり、前記周波数帯域のそれぞれは、１つの信号エイリアシングパターンに対応し、前記周波数帯域における前記信号エイリアシングパターンに従って前記入力信号の最低サンプリング周波数を決定するように構成された前処理ユニットと、
   サンプリングされた信号を取得するために、前記前処理ユニットにより決定された前記最低サンプリング周波数より大きいサンプリング周波数で前記入力信号上においてサンプリングを実行するように構成されたサンプリングユニットと、
   前記サンプリングユニットにより取得された、前記サンプリングされた信号に従って、前記前処理ユニットにより形成された前記複数の周波数帯域の各周波数帯域において対応する信号成分を別々に回復し、前記入力信号の回復を完成させるために、前記周波数帯域において回復された前記信号成分を接合するように構成された再構成ユニットと
   を含む装置。
7. 前記前処理ユニットは、前記周波数帯域の中で最大量のエイリアシングされた信号を含む周波数帯域を決定し、前記最大量のエイリアシングされた信号を含む前記周波数帯域により必要とされる最低サンプリング周波数を、前記入力信号の前記最低サンプリング周波数として使用するように具体的に構成される、請求項６に記載の装置。
8. 前記サンプリングユニットは、前記サンプリングされた信号を取得するために、サンプリング周波数f_sで前記入力信号上においてサンプリングを実行するように具体的に構成され、
   

   

   であり、f_{s_min}は前記最低サンプリング周波数であり、Qは前記周波数帯域における最大量のエイリアシングされた信号であり、f_pはサブバンド帯域幅であり、mはシステムのチャネル量である、請求項６又は７に記載の装置。
9. 前記複数の周波数帯域が前記ベースバンドスペクトル上において形成された後に、前記前処理ユニットは、前記複数の周波数帯域の各周波数帯域における前記信号エイリアシングパターンに従って前記周波数帯域のそれぞれにおいて圧縮センシングサンプリングのための観測行列Aに対応する部分行列A_Siを決定するように更に構成され、i=1,...,Kであり、
   前記再構成ユニットは、信号回復アルゴリズム式Z_Si(f)=A_Si ⁺y(f)に従って第i（i=1,...,K）の周波数帯域のベースバンドスペクトルを別々に回復するように具体的に構成され、A_Si ⁺は前記第iの周波数帯域の部分行列A_Siの転置行列であり、Z_Si(f)は前記第iの周波数帯域の前記回復されたベースバンドスペクトルであり、y(f)は回復されるべき信号であり、Kは前記ベースバンドスペクトル上において形成された前記周波数帯域の総量であり、
   前記再構成ユニットは、前記入力信号の全体のベースバンドスペクトルを取得するために、前記周波数帯域の前記回復されたベースバンドスペクトルを接合し、接合を通じて取得された前記ベースバンドスペクトルに従って前記入力信号を回復するように更に具体的に構成される、請求項６に記載の装置。
10. 前記前処理ユニットは、前記入力信号の前記スペクトル分布を取得するために、前に受信した入力信号を検出し、前記入力信号の前記スペクトル分布に従ってシステム構成を実行するように更に構成され、
    前記前処理ユニットは、前記システムの前記サブバンド帯域幅f_pを構成及び調整すること、又は
    前記システムの前記サブバンド帯域幅f_pを動的に調整すること、又は
    サンプラの前記サンプリング周波数f_sを調整すること、又は
    フィルタの通過帯域を調整すること、又は
    前記チャネル量mを構成すること
    のうち１つ又はそれ以上の組み合わせを構成するように具体的に構成される、請求項６乃至９のうちいずれか１項に記載の装置。
11. 前記圧縮センシングに基づく信号処理装置は、基地局又は端末である、請求項６に記載の装置。
12. 圧縮センシングに基づく信号処理装置であり、前記装置は、プロセッサとトランシーバとメモリとを含む装置であって、
    前記トランシーバは、他の装置と相互作用し、入力信号を受信するように構成され、
    前記メモリは、プログラムを記憶するように構成され、
    前記プロセッサは、前記メモリに記憶された前記プログラムを呼び出し、以下のステップ、すなわち、
    前記入力信号のスペクトル分布に従って、ベースバンドスペクトルにおいて、周波数混合が実行されている前記入力信号の信号成分の分布を決定するステップと、
    複数の周波数帯域を形成するために、前記信号成分の前記分布により形成された異なる信号エイリアシングパターンに従って前記ベースバンドスペクトルを分割するステップであり、前記周波数帯域のそれぞれは、１つの信号エイリアシングパターンに対応するステップと、
    前記周波数帯域における前記信号エイリアシングパターンに従って前記入力信号の最低サンプリング周波数を決定するステップ、及びサンプリングされた信号を取得するために、前記最低サンプリング周波数より大きいサンプリング周波数で前記入力信号上においてサンプリングを実行するステップと、
    前記サンプリングされた信号に従って、前記複数の周波数帯域の各周波数帯域において対応する信号成分を別々に回復し、前記入力信号の回復を完成させるために、前記周波数帯域において回復された前記信号成分を接合するステップと
    を実行するように構成される装置。
13. 前記プロセッサが、前記周波数帯域における前記信号エイリアシングパターンに従って前記入力信号の最低サンプリング周波数を決定するように構成されることは、
    前記プロセッサが、前記周波数帯域の中で最大量のエイリアシングされた信号を含む周波数帯域を決定し、前記最大量のエイリアシングされた信号を含む前記周波数帯域により必要とされる最低サンプリング周波数を、前記入力信号の前記最低サンプリング周波数として使用するように構成されることを具体的に含む、請求項１２に記載の装置。
14. 前記プロセッサが、サンプリングされた信号を取得するために、前記最低サンプリング周波数より大きいサンプリング周波数で前記入力信号上においてサンプリングを実行するように構成されることは、
    前記プロセッサが、前記サンプリングされた信号を取得するために、サンプリング周波数f_sで前記入力信号上においてサンプリングを実行するように構成され、
    

    

    であり、f_{s_min}は前記最低サンプリング周波数であり、Qは前記周波数帯域における最大量のエイリアシングされた信号であり、f_pはサブバンド帯域幅であり、mはシステムのチャネル量であることを具体的に含む、請求項１２又は１３に記載の装置。
15. 前記複数の周波数帯域が形成された後に、前記プロセッサは、前記複数の周波数帯域の各周波数帯域における前記信号エイリアシングパターンに従って前記複数の周波数帯域の各周波数帯域において圧縮センシングサンプリングのための観測行列Aに対応する部分行列A_Siを決定するように更に構成され、i=1,...,Kであり、
    前記プロセッサが、前記サンプリングされた信号に従って、前記複数の周波数帯域の各周波数帯域において対応する信号成分を別々に回復し、前記全体の入力信号の回復を完成させるために、前記周波数帯域において回復された前記信号成分を接合するように構成されることは、
    前記プロセッサが、信号回復アルゴリズム式Z_Si(f)=A_Si ⁺y(f)に従って第i（i=1,...,K）の周波数帯域のベースバンドスペクトルを別々に回復するように構成され、A_Si ⁺は前記第iの周波数帯域の部分行列A_Siのムーア・ペンローズ逆行列であり、Z_Si(f)は前記第iの周波数帯域の前記回復されたベースバンドスペクトルであり、y(f)は前記サンプリングされた信号の離散フーリエ変換であり、Kは前記ベースバンドスペクトル上において形成された前記周波数帯域の総量であり、前記入力信号の全体のベースバンドスペクトルを取得するために、前記周波数帯域の前記回復されたベースバンドスペクトルを接合し、接合を通じて取得された前記ベースバンドスペクトルに従って前記入力信号を回復するように構成されることを具体的に含む、請求項１２に記載の装置。
16. 前記入力信号の前記スペクトル分布に従って、前記ベースバンドスペクトルにおいて、周波数混合が実行されている前記入力信号の前記信号成分の前記分布を決定する前に、前記プロセッサは、前記入力信号の前記スペクトル分布を取得するために、前に受信した入力信号を検出し、前記入力信号の前記スペクトル分布に従ってシステム構成を実行するように更に構成され、
    前記入力信号の前記スペクトル分布に従ってシステム構成を実行することは、
    前記システムの前記サブバンド帯域幅f_pを構成及び調整すること、又は
    前記システムの前記サブバンド帯域幅f_pを動的に調整すること、又は
    サンプラの前記サンプリング周波数f_sを調整すること、又は
    フィルタの通過帯域を調整すること、又は
    前記チャネル量mを構成すること
    のうち１つ又はそれ以上の組み合わせを具体的に含む、請求項１２乃至１５のうちいずれか１項に記載の装置。
17. 前記圧縮センシングに基づく信号処理装置は、基地局又は端末である、請求項１２に記載の装置。

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