JP5461575B2 - 圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システム - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、米国仮特許出願第６１／１２１，９９２号（名称「ＬＯＷ ＰＯＷＥＲ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ ＡＮＤ ＲＥＭＯＴＥ ＳＡＭＰＬＥＲ ＩＮＶＥＮＴＩＯＮＳ」、２００８年１２月１２日出願）の利益を主張する。この先行出願は、その全体が本明細書に参考として援用される。

（発明の分野）
本開示は、概して、無線通信システムに関し、より具体的には、センサベースの無線通信システムにおいて圧縮サンプリングを使用するための方法、デバイス、およびシステム。

無線通信システムは、例えば、広範囲の音声およびデータ関連サービスを提供するように、広く配備されている。典型的な無線通信システムは、ユーザが共通ネットワークリソースを共有することを可能にする、多重アクセス通信から成る。これらのネットワークの実施例は、時分割多重アクセス（「ＴＤＭＡ」）システム、符号分割多重アクセス（「ＣＤＭＡ」）システム、単一搬送周波数分割多重アクセス（「ＳＣ−ＦＤＭＡ」）システム、直交周波数分割多重アクセス（「ＯＦＤＭＡ」）システム、または他の類似システムである。ＯＦＤＭＡシステムは、進化型地上無線アクセス（「Ｅ−ＵＴＲＡ」）、Ｗｉ−Ｆｉ、マイクロ波アクセスのための全世界相互運用性（「ＷｉＭＡＸ」）、ウルトラモバイルブロードバンド（「ＵＭＢ」）、および他の同様のシステム等の、種々の技術規格によってサポートされている。さらに、これらのシステムの実装は、Ｔｈｉｒｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ ｐｒｏｊｅｃｔ（「３ＧＰＰ」）および３ＧＰＰ２等の種々の規格団体によって開発された仕様によって説明されている。

無線通信システムが進化するにつれて、向上した特徴、機能性、および性能を提供する、より高度なネットワーク機器が導入されている。そのような高度なネットワーク機器はまた、ロングタームエボリューション（「ＬＴＥ」）機器または高度ロングタームエボリューション（「ＬＴＥ−Ａ」）機器と呼ばれてもよい。ＬＴＥは、特に高需要の地理的地域で、より高い平均およびピークデータスループット率、より少ない待ち時間、およびより良好なユーザ体験を伴う高速パケットアクセス（「ＨＳＰＡ」）の成功を基礎とする。ＬＴＥは、より広いスペクトル帯域幅、ＯＦＤＭＡおよびＳＣ−ＦＤＭＡエアインターフェース、および高度アンテナ方法の使用により、このより高い性能を達成する。

ユーザ機器と基地局との間の通信は、１つだけのアンテナが受信機および伝送器の両方に使用される、単一入力単一出力システム（「ＳＩＳＯ」）、複数のアンテナが受信機において使用され、１つだけのアンテナが伝送器において使用される、単一入力多重出力システム（「ＳＩＭＯ」）、および複数のアンテナが受信機および伝送器において使用される、多重入力多重出力システム（「ＭＩＭＯ」）を使用することによって、確立されてもよい。ＳＩＳＯシステムと比較して、ＳＩＭＯが増加した受信可能範囲を提供してもよい一方で、ＭＩＭＯシステムは、複数の伝送アンテナ、複数の受信アンテナ、または両方が利用される場合に、増加したスペクトル効率およびより高いデータスループットを提供してもよい。

これらの無線通信システムにおいて、雑音の中の信号感知および推定が普及している。サンプリング定理は、信号感知および推定アルゴリズムの効率的かつ効果的な実装を可能にするために、連続時間信号を離散時間信号に変換する能力を提供する。周知のサンプリング定理はしばしば、シャノンの定理と呼ばれ、任意信号の的確な回復を可能にするための周波数帯域幅の必要条件を提供する。必要条件は、信号が、その最大周波数の最低２倍でサンプリングされなければならないことであり、それはまた、ナイキストレートと定義される。ナイキストレートサンプリングには、大きい周波数におけるサンプリングをサポートするために多大な電力および費用を必要とする、高価で高品質の構成要素を必要とするという欠点がある。さらに、ナイキストレートサンプリングは、信号の最大周波数の関数であり、信号の任意の他の性質の知識を必要としない。

これらの困難のうちのいくつかを回避するために、圧縮サンプリングは、所望の情報を損失することなく、信号を確実に表すために必要とされる値の数を低減するために、入力信号の特別な性質であるスパースネスが活用される、信号感知および圧縮のための新しいフレームワークを提供する。
例えば、本発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
信号をサンプリングする方法であって、該方法は
無線チャネル上で、ベクトル集合のＳ−スパース組み合わせに基づいてユーザ機器伝送を受信することと、
該受信された伝送をダウンコンバートし、離散化することにより、離散化信号を生成することと、
該離散化信号を感知波形の集合と相関させることにより、サンプル集合を生成することであって、該集合の中のサンプルの総数は、該集合の中の感知波形の総数に等しく、該感知波形の集合は、該集合のベクトルに合致せず、該感知波形の集合の中の該感知波形の総数は、該ベクトルの集合の中のベクトルの総数よりも少ない、ことと、
該サンプルの集合のうちの少なくとも１つのサンプルを遠隔中央プロセッサに伝送することと
を含む、方法。
（項目２）
前記ベクトルの集合は、基底行列の行および基底行列の列から成るリストから選択される少なくとも一つの集合を備える、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記遠隔中央プロセッサからの命令の受信に応答して、感知波形の新しい集合を選択することをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目４）
前記遠隔中央プロセッサからの命令の受信に応答して、タイミング基準を調整することをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目５）
前記遠隔中央プロセッサからの命令の受信に応答して、感知波形の数を変更することをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目６）
前記ベクトルの集合および前記感知波形の集合は、０．４５に該ベクトルの集合におけるベクトルの大きさの平方根を乗じた値以下のコヒーレンス値を有する、項目１に記載の方法。
（項目７）
無線通信の方法であって、該方法は、
無線チャネル上で、第１の表現パラメータの集合の表示をユーザ機器において受信することと、
第１の信号を伝送することであって、該第１の信号は、該第１の表現パラメータの集合に少なくとも部分的に基づいている、ことと、
第２の表現パラメータの集合の表示を受信することと、
多重アクセスメッセージを伝送することであって、該多重アクセスメッセージは、該第２の表現パラメータの集合に少なくとも部分的に基づいている、ことと
を含む、方法。
（項目８）
前記多重アクセスメッセージは、前記ユーザ機器に対する一意の識別番号のうちの少なくとも一部分を備える、項目７に記載の方法。
（項目９）
通信の方法であって、該方法は、
中央プロセッサにおいて、サンプルの集合を受信することと、
該サンプルの集合、基底行列、および感知波形の集合を使用するＬ１最小化によって線形プログラムを形成することと、
該線形プログラムを解くことにより、推定されたデータの集合を産生することと、
該推定されたデータ集合を量子化することにより、情報記号の集合を産生することと
を含む、方法。
（項目１０）
前記推定されたデータの集合の第１の部分集合を選択することであって、該第１の部分集合の中の要素の総数は、表現パラメータであり、該第１の部分集合の中の全ての要素は、該推定されたデータの集合の中の残りの要素よりも算術的に大きい、ことと、
該第１の部分集合の要素の指数を識別することと
をさらに含む、項目９に記載の方法。
（項目１１）
前記情報記号の集合は、前記推定されたデータの集合の長さに等しい長さを有し、前記識別された指数のうちの１つに対応する各位置における論理１、および残りの位置における論理０から構成される二値ベクトルを形成する、項目１０に記載の方法。
（項目１２）
前記ユーザ機器に命令することにより、前記表現パラメータを使用することをさらに含む、項目１０に記載の方法。
（項目１３）
無線通信の方法であって、該方法は、
無線チャネル上で、第一の表現パラメータの集合を示す表示をユーザ機器に伝送することと、
感知パラメータの集合を示す命令を遠隔サンプラに伝送することと
を含む、方法。
（項目１４）
前記第１の表現パラメータの集合に基づいて、前記感知波形の集合を選択することをさらに含む、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
システムパラメータの集合を前記ユーザ機器に伝送することをさらに含む、項目１３に記載の方法。
（項目１６）
前記システムパラメータの集合は、システムタイミング、フレームタイミング、基底行列の表示、およびシステムクロックから構成されるリストから選択される少なくとも１つを備える、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
前記遠隔サンプラからサンプルの集合を受信することと、
該受信されたサンプルの集合を処理することにより、情報記号の集合を産生することと
をさらに含む、項目１３に記載の方法。
（項目１８）
前記受信されたサンプルの集合から多重アクセス信号を感知することをさらに含む、項目１７に記載の方法。
（項目１９）
前記多重アクセスメッセージを感知した後に、無線チャネル上で、第２の表現パラメータの集合を示す命令を前記ユーザ機器に伝送することをさらに含む、項目１８に記載の方法。

この開示の理解を促進し、当業者によって実践するために、添付図を参照することによって、例示されるような例示的実施形態を参照する。類似参照番号は、添付図の全体を通して、同一または機能的に同様の要素を指す。図は、発明を実施するための形態とともに組み込まれ、明細書の一部を形成し、例示的な実施形態をさらに例示し、本開示による種々の原則および利点を説明する働きをする。
図１は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの一実施形態を図示する。 図２は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの別の実施形態を図示する。 図３は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの別の実施形態を図示する。 図４は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングシステムの一実施形態を図示する。 図５は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリング方法の一実施形態のフローチャートである。 図６は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの別の実施形態を図示する。 図７は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムにおけるアクセス方法の一実施形態を図示する。 図８は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの別の実施形態を図示する。 図９は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの中の感知器の量子化方法の一実施形態を図示する。 図１０は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムで使用される、スパース表現行列および感知行列の種類の実施例を図示する、チャートである。 図１１は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムで使用することができる、無線デバイスの一実施形態を図示する。 図１２は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムで使用することができる、センサの一実施形態を図示する。 図１３は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムで使用することができる、基地局の一実施形態を図示する。 図１４は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの中の無線デバイスを感知する一実施形態のシミュレートした結果を図示する。 図１５は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの一実施形態の性能のシミュレートした結果を図示する。 図１６は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの一実施形態の性能のシミュレートした結果を図示する。 図１７は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの一実施形態の性能のシミュレートした結果を図示する。 図１８は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの一実施形態の性能のシミュレートした結果を図示する。 図１９は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの一実施形態の性能のシミュレートした結果を図示する。 図２０は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの一実施形態で使用される、確定的行列の実施例である。 図２１は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの一実施形態で使用される、ランダム行列の実施例である。 図２２は、無雑音環境内のインコヒーレントサンプリングシステムの実施例を図示する。 図２３は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの別の実施形態を図示する。 図２４は、従来技術の無損失サンプリングシステムの実施例を図示する。 図２５は、本明細書で説明される種々の側面による、雑音環境内で圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの別の実施形態を図示する。 図２６は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムにおけるアクセス方法の別の実施形態を図示する。 図２７は、本明細書で説明される種々の側面による、雑音環境内で圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの別の実施形態を図示する。 図２８は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの別の実施形態を図示する。 図２９は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの別の実施形態を図示する。

当業者であれば、添付図の中の要素は、明確かつ簡単にするため、さらに、実施形態の理解を向上させるのに役立つように図示され、必ずしも一定の縮尺で描かれていないことを理解するであろう。

以下は、センサベースの無線通信システムにおいて使用するための例示的な方法、デバイス、およびシステムを開示するが、本開示の教示は、示された例に決して限定されないことが、当業者によって理解されるであろう。反対に、本開示の教示は、代替的構成および環境で実装されてもよいことが検討される。例えば、本明細書で説明される例示的な方法、デバイス、およびシステムは、前述のセンサベースの無線通信システムの構成要素と併せて説明されるが、当業者であれば、例示的な方法、デバイス、およびシステムは、他のシステムで使用されてもよく、必要に応じて、そのような他のシステムに対応するように構成されてもよいことを容易に認識するであろう。したがって、以下は、その使用の例示的な方法、デバイス、およびシステムを説明するが、当業者であれば、開示された例は、そのような方法、デバイス、およびシステムを実施するための唯一の方法ではなく、図面および説明は、限定的ではなく、本質的に例示的と見なされるべきであることを理解するであろう。

本明細書で説明される種々の技法は、種々のセンサベースの無線通信システムに使用することができる。本明細書で説明される種々の側面は、いくつかの構成要素、要素、部材、モジュール、ノード、周辺機器、または同等物を含むことができる、方法、デバイス、およびシステムとして提示される。さらに、これらの方法、デバイス、およびシステムは、付加的な構成要素、要素、部材、モジュール、ノード、周辺機器、または同等物を含むことができるか、または含むことができない。加えて、本明細書で説明される種々の側面は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの任意の組み合わせで実装することができる。「ネットワーク」および「システム」という用語は、交換可能に使用できることに留意することが重要である。「上側」および「下側」、「左」および「右」、「第１の」および「第２の」、および同等物等の、本明細書で説明される関係後は、そのような実体または作用の間の実際のそのような関係または順番を必ずしも要求または暗示することなく、１つの実体または作用と別の実体または作用と区別するためだけに使用されてもよい。「または」という用語は、排他的な「または」よりもむしろ、包括的な「または」を意味することを目的としている。さらに、「１つの」という用語は、特に指定されない限り、または文脈から単数形を対象にすることが明確でない限り、１つ以上を意味することを目的とする。

無線通信システムは、複数のユーザ機器およびインフラストラクチャから構成され得る。インフラストラクチャは、センサ、基地局、コアネットワーク、ダウンリンク伝送器、他の要素、および要素の組み合わせ等の、ユーザ機器ではない無線通信システムの一部を含む。コアネットワークは、他のネットワークにアクセスすることができる。中枢部または遠隔中央プロセッサとも呼ばれる、コアネットワークは、容認可能な財務費用で、計算上集中的な機能を高速で果たすことができる、高出力インフラストラクチャ構成要素を含んでもよい。コアネットワークは、例えば、物理層機能もコアネットワークによって果たされてもよいように、基地局と通信することができるインフラストラクチャ要素を含んでもよい。基地局は、例えば、チャネルフェージングと関連する通信障害を克服するように、制御情報をダウンリンク伝送器に伝達してもよい。チャネルフェージングは、どのようにして無線周波数（「ＲＦ」）信号を多くの反射体から跳ね返すことができるか、および結果として生じる反射の合計の性質を含む。コアネットワークおよび基地局は、例えば、同じインフラストラクチャ要素であってもよく、インフラストラクチャ要素の一部分を共有してもよく、または異なるインフラストラクチャ要素であってもよい。

基地局は、ノードＢ（「ＮｏｄｅＢ」）、送受信基地局（「ＢＴＳ」）、アクセスポイント（「ＡＰ」）、衛星、ルータ、または何らかの他の同等の用語と呼ばれてもよい。基地局は、ユーザ機器との通信を可能にするようにアンテナに連結される、ＲＦ伝送器、ＲＦ受信機、または両方を含有してもよい。

センサは、遠隔サンプラ、遠隔変換デバイス、遠隔センサ、または他の同様の用語と呼ばれてもよい。センサは、例えば、アンテナ、受信要素、サンプラ、コントローラ、メモリ、および伝送器を含んでもよい。センサは、例えば、基地局にインターフェース接続されてもよい。さらに、センサは、別のネットワークにアクセスしてもよい、コアネットワークを含む、無線通信システム内に配備されてもよい。

無線通信システムにおいて使用されるユーザ機器は、移動局（「ＭＳ」）、端末、携帯電話、携帯ハンドセット、携帯情報端末（「ＰＤＡ」）、スマートフォン、手持ち式コンピュータ、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、ネットブック、プリンタ、セットトップボックス、テレビ、無線機器、または何らかの他の同等の用語と呼ばれてもよい。ユーザ機器は、基地局と通信するようにアンテナに連結される、ＲＦ伝送器、ＲＦ受信機、または両方を含有してもよい。さらに、ユーザ機器は、固定されるか、または移動式であってもよく、無線通信システムを通して移動する能力を有してもよい。さらに、アップリンク通信とは、ユーザ機器から基地局、センサ、または両方への通信を指す。ダウンリンク通信とは、基地局、ダウンリンク伝送器、または両方からユーザ機器への通信を指す。

図１は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システム１００の一実施形態を図示する。この実施形態では、システム１００は、高いユーザ密度のサポートによるロバストな高帯域幅リアルタイム無線通信を提供することができる。システム１００は、ユーザ機器１０６と、センサ１１０〜１１３と、基地局１０２と、コアネットワーク１０３と、他のネットワーク１０４とを含むことができる。ユーザ機器１０６は、例えば、低費用で低電力のデバイスであってもよい。基地局１０２は、例えば、複数の低費用で低電力のセンサ１１０〜１１３を使用して、ユーザ機器１０６と通信することができる。

図１では、システム１００は、ユーザ機器１０６から通信を受信するために基地局１０２に連結されるセンサ１１０〜１１３を含有する。基地局１０２は、他のネットワーク１０４にアクセスしてもよい、コアネットワーク１０３に連結することができる。一実施形態では、センサ１１０〜１１３は、例えば、約１０メートルから数百メートルだけ分離されてもよい。別の実施形態では、単一のセンサ１１０〜１１３が使用されてもよい。当業者であれば、センサベースの無線通信システムを配備する際に、センサの電力消費、配備費用、システム容量、他の要因、および複合要因の間のトレードオフがあることを理解するであろう。例えば、センサ１１０〜１１３がより近位に離間されるにつれて、センサ１１０〜１１３の電力消費が減少してもよい一方で、配備費用およびシステム容量が増加してもよい。さらに、ユーザ機器１０６は、センサ１１０〜１１３にごく接近している時に、基礎にある無線ネットワークとともに使用するのとは異なるＲＦ帯域を使用して動作してもよい。

現在の実施形態では、センサ１１０〜１１３は、例えば、光ファイバケーブル接続、同軸ケーブル接続、他の接続、またはそれらの任意の組み合わせをサポートすることができる、通信リンク１１４〜１１７をそれぞれ使用して、基地局１０２に連結することができる。さらに、複数の基地局１０２は、種々の機能をサポートするように、相互の間でセンサベースの情報を伝達してもよい。センサ１１０〜１１３は、例えば、アンテナ、ＲＦフロントエンド、ベースバンド回路、インターフェース回路、コントローラ、メモリ、他の要素、または要素の組み合わせを伴って、低費用となるように設計されてもよい。複数のセンサ１１０〜１１３が、例えば、アンテナアレイ動作、ＳＩＭＯ動作、ＭＩＭＯ動作、ビーム形成動作、他の動作、または動作の組み合わせをサポートするために使用されてもよい。当業者であれば、前述の動作は、ユーザ機器１０６が、より低い電力レベルで伝送することを可能にし、例えば、低電力消費をもたらしてもよいことを認識するであろう。

システム１００では、ユーザ機器１０６および基地局１０２は、例えば、ネットワークプロトコルを使用して、通信することができる。ネットワークプロトコルは、例えば、セルラーネットワークプロトコル、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈプロトコル、無線ローカルエリアループ（「ＷＬＡＮ」）プロトコル、または任意の他のプロトコル、あるいはプロトコルの組み合わせとなり得る。当業者であれば、セルラーネットワークプロトコルは、ＬＴＥ、ＵＭＴＳ、ＣＤＭＡ、ＧＳＭ、およびその他等のシステムで使用される、多くの標準セルラーネットワークプロトコルのうちのいずれか１つとなり得ることを認識するであろう。センサ１１０〜１１３によって実行されるネットワークプロトコルの一部分は、例えば、物理層機能の一部を含んでもよい。当業者であれば、センサ１１０〜１１３によって果たされる、低減した機能性は、より低い費用、より小さいサイズ、低減した電力消費、他の利点、または利点の組み合わせをもたらしてもよいことを認識するであろう。

センサ１１０〜１１３は、例えば、バッテリ電源、交流（「ＡＣ」）電源、または他の電源、あるいは電源の組み合わせによって電力供給することができる。センサ１１０〜１１３、ユーザ機器１０６、基地局１０２、コアネットワーク１０３、他のネットワーク１０４、またはそれらの任意の組み合わせの間のリアルタイム通信を含む、通信は、例えば、自動反復要求（「ＡＲＱ」）プロトコルを使用してサポートされてもよい。

現在の実施形態では、センサ１１０〜１１３は、感知した信号（「ｙ」）を形成するように、ユーザ機器１０６から伝送される受信したアップリンク信号（「ｆ」）を圧縮することができる。センサ１１０〜１１３は、それぞれ、通信リンク１１４〜１１７を使用して、感知した信号（「ｙ」）を基地局１０２に提供することができる。次いで、基地局１０２は、感知した信号（「ｙ」）を処理することができる。基地局１０２は、センサ１１０〜１１３に命令を伝達してもよく、命令は、例えば、データ変換、発振器同調、位相サンプリングを使用したビーム操作、他の命令、または命令の組み合わせに関することができる。さらに、ユーザ機器１０６、センサ１１０〜１１３、基地局１０２、コアネットワーク１０３、他のネットワーク１０４、またはそれらの任意の組み合わせは、例えば、媒体アクセス制御（「ＭＡＣ」）ハイブリッドＡＲＱプロトコル、他の同様なプロトコル、またはプロトコルの組み合わせを使用する、リアルタイム通信を含んで通信してもよい。また、ユーザ機器１０６、センサ１１０〜１１３、基地局１０２、コアネットワーク１０３、他のネットワーク１０４、またはそれらの任意の組み合わせは、例えば、センサ１１０〜１１３の協力を必要とせずに動作してもよい、存在信号伝達コード、チャネル知識を必要としてもよい、時空間コード、登録およびリアルタイム伝送に使用されてもよい、ファウンテンコード、他の通信コード、または通信コードの組み合わせを使用して、通信してもよい。これらの通信コードのうちのいくつかは、例えば、コードのあらゆる固有の性質を活用するように、種々の信号処理技法を適用することを必要としてもよい。

図１では、基地局１０２は、システムオーバヘッド情報を伝送すること、センサ１１０〜１１３を使用してユーザ機器１０６の存在を感知すること、ユーザ機器１０６との双方向リアルタイム通信、他の機能、または機能の組み合わせ等の、機能を果たしてもよい。当業者であれば、センサ１１０〜１１３は、基地局１０２およびコアネットワーク１０３より大幅に安価であってもよいことを認識するであろう。

サンプリングは、離散時間信号を形成するように、周期的に、非周期的に、または両方で、連続時間信号の値を測定することによって行われる。現在の実施形態では、センサ１１０〜１１３の有効サンプリング率は、センサ１１０〜１１３によって使用される実際のサンプリング率よりも小さくなり得る。実際のサンプリング率は、例えば、アナログ・デジタル変換器（「ＡＤＣ」）のサンプリング率である。効果的なサンプリング率は、感知した信号（「ｙ」）の帯域幅に対応する、センサ１１０〜１１３の出力において測定される。より低い有効サンプリング率を提供することによって、センサ１１０〜１１３は、圧縮を伴わずに実際のサンプリング率で動作する他のセンサよりも少ない電力を消費することができる。センサの損失がシステムの性能に最小に影響を及ぼすように、冗長性をシステムの配備の中へ設計することができる。多くの種類の信号について、そのような信号の再構築は、基地局１０２、コアネットワーク１０３、他のネットワーク１０４、またはそれらの任意の組み合わせによって行うことができる。

現在の実施形態では、センサ１１０〜１１３はそれぞれ、直接シーケンス逆拡散要素、高速フーリエ変換（「ＦＦＴ」）要素、他の要素、または要素の組み合わせを含有してもよい。基地局１０２は、例えば、逆拡散要素に対する直接シーケンスコードまたはサブチップタイミングを選択する命令、ＦＦＴ要素に対する周波数ビンの数またはスペクトル帯を選択する命令、他の命令、または命令の組み合わせを、センサ１１０〜１１３に送信することができる。これらの命令は、例えば、１ミリ秒間隔で伝達されてもよく、各命令は、受信された後で１ミリ秒の１０分の１以内に、センサ１１０〜１１３によって行われる。さらに、ユーザ機器１０６は、例えば、１〜５ミリ秒の持続時間を有してもよい、スロット、パケット、フレーム、または他の同様の構造で、情報を伝送および受信してもよい。スロット、パケット、フレーム、および他の同様の構造は、連続的に捕捉される時間領域サンプルの集合を含んでもよく、または連続実数値または複素数値の集合を表してもよい。

図１００では、システム１００は、ユーザ機器１０６、基地局１０２、コアネットワーク１０３、他のネットワーク１０４、センサ１１０〜１１３、またはそれらの任意の組み合わせの間のシステムオーバヘッド情報の通信を含むことができる。システムオーバヘッド情報は、例えば、案内および同期化情報、無線広域ネットワーク情報、ＷＬＡＮ情報、他の情報、または情報の組み合わせを含んでもよい。当業者であれば、監視するユーザ機器１０６の必要性を限定することによって、基礎を成すネットワーク、外部ネットワーク、または両方は、その電力消費を低減してもよいことを認識するであろう。

図１では、ユーザ機器１０６は、ユーザ機器１０６がセンサ１１０〜１１３に十分近接する場合に、低い伝送電力レベルでアップリンク信号を伝送してもよい。センサ１１０〜１１３は、感知した信号（「ｙ」）を生成するように、受信したアップリンク信号（「ｇ」）を圧縮サンプリングすることができる。センサ１１０〜１１３は、それぞれ通信リンク１１４〜１１７を使用して、感知した信号（「ｙ」）を基地局１０２に送信することができる。基地局１０２は、例えば、復調および復号等の第１層機能、パケットナンバリングおよびＡＲＱ等の第２層機能、ならびに、登録、チャネル割当、およびハンドオフ等の上位層機能を果たしてもよい。基地局１０２は、リアルタイムで、近リアルタイムで、または両方で、計算上集中的な機能を果たすように、多大な計算能力を有してもよい。

現在の実施形態では、基地局１０２は、例えば、ユーザ機器１０６のアンテナ相関行列等の通信チャネルの知識、ユーザ機器１０６に近接するセンサ１１０〜１１３の数、他の要因、または要因の組み合わせを使用して、リンク適応策略を適用してもよい。そのような適応策略は、周期的間隔、例えば、１ミリ秒間隔で、処理を必要としてもよい。そのような策略は、例えば、最適な時空多重化利得および多様性利得において動作することを可能にしてもよい。また、複数の基地局１０２は、例えば、基地局１０２に知られている何らかの干渉を受ける、通信チャネルを通して、ダウンリンク信号を効率的に伝送するための技法である、ダーティペーパー符号化（「ＤＰＣ」）を行うように、相互の間で通信してもよい。これらの技法をサポートするために、ユーザ機器１０６から外部アップリンク信号を受信する他の基地局は、ユーザ機器１０６と関連付けられる基地局１０２にアップリンク信号（「ｆ」）を提供してもよい。当業者であれば、複数のユーザ機器１０６が基地局１０２と通信できることを認識するであろう。

図２は、本明細書の種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システム２００の別の実施形態を図示する。この実施形態では、システム２００は、高ユーザ密度のサポートを伴う、ロバストな高帯域幅リアルタイム無線通信を提供することができる。システム２００は、ユーザ機器２０６と、センサ２１０〜２１３と、基地局２０２と、コアネットワーク２０３と、他のネットワーク２０４とを含む。この実施形態では、センサ２１０〜２１３は、アップリンク信号を受信すること、および圧縮サンプリングを行うこと等の、第１層機能の一部分を果たしてもよい。さらに、基地局２０２は、それぞれ通信リンク２１４〜２１７を使用して、命令をセンサ２１０〜２１３に送信してもよい。そのような命令は、例えば、直接シーケンスコードまたはＯＦＤＭコード等の特定の多重アクセスコードを使用して圧縮することであってもよい。さらに、基地局２０２は、例えば、特定の位相であってもよい、サンプリング率の２倍で、サンプリングを行うように、命令をセンサ２１０〜２１３に送信してもよい。

基地局２０２は、例えば、センサ２１０〜２１３で受信される感知した信号（「ｙ」）においてユーザ機器２０６の存在を感知するように、計算上集中的な機能を果たしてもよい。いったんユーザ機器２０６の存在が感知されると、基地局２０２は、ユーザ機器２０６からのアップリンク信号（「ｆ」）の受信を改善するようにセンサ２１０〜２１３を構成してもよい。そのような改善は、タイミング、周波数、符号化、他の特性、または特性の組み合わせと関連付けられてもよい。さらに、ユーザ機器２０６は、例えば、ファウンテンコードを使用して、アップリンク信号（「ｆ」）を伝送してもよい。高い帯域幅、低い電力消費のために、ユーザ機器２０６は、例えば、リアルタイムスピーチを含有する、アップリンク信号を伝送するために、ファウンテンコードを使用してもよい。そのようなアップリンク信号のパケット伝送率は、例えば、２００Ｈｚから１ｋＨｚの範囲内であってもよい。センサ２１０〜２１３は、基地局２０２による多大な制御を伴う、限定された意思決定能力を有してもよい。

図２では、センサ２１０〜２１３は、密に配備されてもよく、例えば、１つのセンサ２１０〜２１３が約１００メートルの分離距離毎にあり、１つのセンサ２１０〜２１３が約１０メートルの分離距離毎にあり、他の構成、または構成の組み合わせである。センサ２１０〜２１３は、基地局２０２から受信されるダウンリンク信号の伝送をサポートするために使用される、ダウンリンク伝送器を含有してもよいか、またはそれと同一の場所に位置してもよい。さらに、基地局２０２は、アンテナセクター化を伴う従来の携帯電話の基地局、建築物または街灯柱上に載置されたセルラー伝送器、オフィスの中の低電力ユニット、他の要素、または要素の組み合わせ等の、遠隔ダウンリンク伝送器にダウンリンク信号を提供するために、通信リンクを使用してもよい。そのような遠隔ダウンリンク伝送器の配備は、例えば、建築物の配備、街灯柱の配備、他の配備、または配備の組み合わせをサポートするものであってもよい。さらに、複数のユーザ機器２０６は、基地局２０２と通信できることが理解されるであろう。

図３は、本明細書の種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システム３００の別の実施形態を図示する。この実施形態では、システム３００は、多重アクセスシステムを表す。システム３００は、ユーザ機器３０６と、センサ３１０と、基地局３０２と、ダウンリンク伝送器３０８とを含む。図３では、センサ３１０は、アップリンク信号をダウンコンバートするための受信要素を含むことができる。当業者であれば、そのような受信要素の設計および実装要件を理解するであろう。

図３では、基地局３０２は、ダウンリンク伝送器３０８に連結することができ、ダウンリンク伝送器３０８は、例えば、携帯電話の基地局と同一の場所に位置することができる。基地局３０２は、例えば、センサ３１０から感知した信号を収集するためのコレクタ、感知した信号に含有される情報信号を感知するための感知器、センサ３１０を制御するためのコントローラ、他の要素、または要素の組み合わせを含有してもよい。基地局３０２およびダウンリンク伝送器３０８は、同一の場所に位置してもよい。さらに、ダウンリンク伝送器３０８は、例えば、光ファイバケーブル接続、マイクロ波リンク、同軸ケーブル接続、他の接続、またはそれらの任意の組み合わせをサポートすることができる、通信リンク３０９を使用して、基地局３０２に連結することができる。システム３００の構成は、ＧＳＭシステム、ＵＭＴＳシステム、ＬＴＥシステム、ＣＤＭＡシステム、他のシステム、またはシステムの組み合わせ等の、従来のセルラーシステムと同様であってもよい。当業者であれば、これらのシステムが、ユーザ機器、基地局、ダウンリンク伝送器、他の要素、または要素の組み合わせの配設を呈することを認識するであろう。

現在の実施形態では、ユーザ機器３０８および基地局３０２は、ランダムアクセス、ページング、発信、リソース割付、チャネル割当、タイミング、パイロットシステム識別、アクセスに許容されたチャネルを含むオーバヘッド信号伝達、ハンドオーバメッセージング、訓練またはパイロット信号伝達、他の機能、または機能の組み合わせ等の、機能を果たすように、ネットワークプロトコルを使用して通信することができる。さらに、ユーザ機器３０８および基地局３０２は、音声情報、パケットデータ情報、回路交換データ情報、他の情報、または情報の組み合わせを伝達してもよい。

図４は、本明細書の種々の側面による、圧縮サンプリングシステムの一実施形態を図示する。システム４００は、圧縮サンプラ４３１と、感知器４５２とを含む。図４では、圧縮サンプラ４３１は、感知した信号（「ｙ」）を生成するように、感知マトリクス（「Φ」）の感知波形（「φ_ｊ」）を使用して、入力信号（「ｆ」）を圧縮サンプリングすることができ、φ_ｊは、感知マトリクス（「Φ」）のｊ番目の波形を指す。入力信号（「ｆ」）は、長さＮとなり得て、感知マトリクス（「Φ」）は、長さＮのＭ個の感知波形（「φ_ｊ」）を有することができ、感知した信号（「ｙ」）は、長さＭとなり得て、Ｍは、Ｎよりも小さくなり得る。入力信号（「ｆ」）が十分に疎である場合に、情報信号（「ｘ」）を回復させることができる。当業者であれば、スパース信号の特性を認識するであろう。１つの定義では、Ｓ個の非ゼロ値を有する長さＮの信号は、Ｓ−スパースと呼ばれ、ＮマイナスＳ（「Ｎ−Ｓ」）個のゼロ値を含む。

現在の実施形態では、圧縮サンプラ４３１は、例えば、式（１）を使用して、入力信号（「ｆ」）を圧縮サンプリングすることができる。

式中、括弧〈〉は、内積、相関関数、または他の同様の関数を表す。

さらに、感知器４５２は、例えば、式（２）を使用して、情報信号（「ｘ」）を求めるように感知した信号（「ｙ」）を解くことができる。

式中、‖‖_ｌ１は、その独立変数の要素の絶対値の和である、ｌ_１ノルムであり、括弧〈〉は、内積、相関関数、または他の同様の関数を表す。例えば、ｌ_１最小化のために適用することができる１つの方法は、シンプレックス法である。情報信号（「ｘ」）を求めるように感知した信号（「ｙ」）を解くための他の方法は、例えば、ｌ_０ノルムアルゴリズム、他の方法、または方法の組み合わせを含む。

インコヒーレントサンプリングは、入力信号（「ｆ」）を疎にするために使用される、スパース表現行列（「Ψ」）とは十分に無関係である感知マトリクス（「Φ」）の感知波形（「φ_ｊ」）に依存する、圧縮サンプリングの形態である。感知マトリクス（「Φ」）の感知波形（「φ_ｊ」）の必要数を最小化するために、スパース表現行列（「Ψ」）のスパース表現波形（「ψ_ｊ」）と感知マトリクス（「Φ」）の感知波形（「φ_ｊ」）との間のコヒーレンス（「μ」）は、これらの波形が十分に無関係であり、より低いコヒーレンス（「μ」）に対応すること表すべきであり、ψ_ｊは、スパース表現行列（「Ψ」）のｊ番目の波形を指す。コヒーレンス（「μ」）は、例えば、式３によって表すことができる。

式中、‖‖_ｌ１は、その独立変数の要素の絶対値の和である、ｌ_１ノルムであり、括弧〈〉は、内積、相関関数、または他の同様の関数を表す。

図５は、例えば、圧縮サンプリングシステムを設計するために使用することができる、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリング方法５００の実施形態のフローチャートである。図５では、方法５００は、ブロック５７０から開始することができ、方法５００は、入力信号（「ｆ」）をモデル化し、入力信号（「ｆ」）がＳ−スパースであるスパース表現行列（「Ψ」）を発見する。ブロック５７１では、方法５００は、スパース表現行列（「Ψ」）と十分に非干渉性である、感知マトリクス（「Φ」）を選択することができる。ブロック５７２では、方法５００は、無作為に、確定的に、または両方で、感知マトリクス（「Φ」）のＭ個の感知波形（「φ_ｊ」）を選択することができ、Ｍは、Ｓ以上であってもよい。ブロック５７３では、方法５００は、感知した信号（「ｙ」）を産生するように、Ｍ個の感知波形（「φ_ｊ」）を使用して入力信号（「ｆ」）をサンプリングすることができる。ブロック５７４では、方法５００は、情報信号（「ｘ」）を回復させるように、スパース表現行列（「Ψ」）、感知マトリクス（「Φ」）、および感知した信号（「ｙ」）を感知器に渡すことができる。

図６は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの別の実施形態を図示する。この実施形態では、システム６００は、高ユーザ密度のサポートを伴う、ロバストな高帯域幅リアルタイム無線通信を提供することができる。システム６００は、ユーザ機器６０６と、センサ６１０と、基地局６０２とを含む。図６では、システム６００は、例えば、センサ６１０が動作できなくても、例えば、ユーザ機器６０６が基礎を成すセルラーシステムと通信することを可能にすることができる。システム６００は、例えば、オフィスビル環境と一致して、センサ６１０が広く分布することを可能にしてもよい。システム６００は、基地局６０２が、例えば、計算能力、メモリ、他のリソース、またはリソースの組み合わせによって限定されないことを可能にしてもよい。システム６００は、ダウンリンク信号が、例えば、従来の携帯電話の基地局によって提供されることを可能にしてもよい。システム６００は、例えば、約１０〜１００マイクロワットまでその伝送電力レベルを限定することによって、ユーザ機器６０６が電力消費を最小化することを可能にしてもよい。システム６００は、通信リンク６１４を使用して、センサ６１０が基地局６０２に連結されることを可能にしてもよく、通信リンク６１４は、例えば、光ファイバケーブル接続、同軸ケーブル接続、他の接続、またはそれらの任意の組み合わせをサポートすることができる。システム６００は、バッテリ、光起電源、交流（「ＡＣ」）電源、他の電源、または電源の組み合わせ等の電源によって、センサ６１０が操作されることを可能にしてもよい。

図６では、システム６００は、センサ６１０が基地局６０２よりも大幅に安価となることを可能にしてもよい。さらに、システム６００は、約１〜２年等の長期間にわたってバッテリ電力を使用して、センサ６１０が動作することを可能にしてもよい。これを達成するためには、当業者であれば、信号感知、復調、および復号等のある機能が、例えば、基地局６０２によって果たされてもよいことを認識するであろう。

図６では、センサ６１０は、アップリンク信号（「ｆ」）を受信するために使用される、ＲＦダウンコンバージョン連鎖に連結されるアンテナ等の受信要素を有することができる。本開示では、アップリンク信号（「ｆ」）は、アップリンク信号（「ｇ」）と呼ぶこともできる。アップリンク信号（「ｇ」）は、アップリンク信号（「ｆ」）へのチャネル伝播効果および環境効果を含む。例えば、チャネル６２０のチャネル利得（「ａ」）６２１が、例えば、チャネル伝播効果を表すことができる一方で、チャネル６２０のチャネル雑音（「ｖ」）６２２は、例えば、環境効果を現すことができる。さらに、センサ６１０は、例えば、感知した信号（「ｙ」）を基地局６０２に送信するように、通信リンクをサポートすることができる。センサ６１０には、例えば、ユーザ機器６０６がアップリンク信号（「ｆ」）を伝送している時を認識する計算能力がなくてもよい。センサ６１０は、例えば、ＲＦダウンコンバージョン、圧縮サンプリング、他の機能、または機能の組み合わせと関連付けられる、基地局６０２からの命令を受信してもよい。

ユーザ機器が無線通信システムにアクセスするための多くの方法がある。一種類のアクセス方法は、例えば、認識されていないユーザ機器がネットワークにアクセスしようとする時に行われる、Ａｌｏｈａランダムアクセス方法である。基地局との双方向通信は、例えば、ユーザ機器に、システムを使用する許可が与えられ、任意のアップリンクおよびダウンリンクチャネルが割り当てられた後に行われてもよい。

図７は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムにおけるアクセス方法７００の一実施形態を図示する。方法７００の理解を促進するように、種々の例示的な構造が、図７の下部分に示されている。さらに、図７は、基地局７０２を２回図示しているが、１つの同じ基地局７０２として解釈されるべきである。したがって、方法７００は、基地局７０２、ユーザ機器７０６、センサ７１０、またはそれらの任意の組み合わせの間の通信を含む。ユーザ機器７０６は、例えば、パワーオンイベント７７０を有し、基地局７０２から送信されるオーバヘッドメッセージ７７１を観察し始めることができる。当業者であれば、例えば、放送通信、ポイントツーマルチポイント通信、ポイントツーポイント通信、他の通信方法、または通信方法の組み合わせを使用して、基地局がユーザ機器と通信できることを認識するであろう。オーバヘッドメッセージ７７１は、例えば、メッセージフレームの長さ、感知波形（「φ_ｊ」）の数と関連付けられるＭの値、および送信されているアップリンク信号（「ｆ」）のスパースネスＳを含む、システムパラメータを含有してもよい。

図７では、基地局７０２は、例えば、オーバヘッドメッセージを送信して、７７２で示されるように、スパースネスＳ_１およびスパース表現行列（「Ψ」）を使用するようにユーザ機器７０６を構成してもよい。次いで、ユーザ機器７０６は、７８０によって表されるように、スパースネスＳ_１を使用して、例えば、存在信号を送信してもよい。存在信号は、圧縮サンプリングすることができる、ユーザ機器７０６によって基地局７０２に送信される任意の信号を含むことができる。別の実施形態では、ユーザ機器７０６は、基地局７０２に接近していることを決定する時に、７８０で示されるように、Ｓ_１を使用して存在信号を送信してもよい。この状況では、ユーザ機器７０６は、例えば、基地局７０２、別の基地局、または両方によって送信されるオーバヘッドメッセージ７７１を介して、基地局７０２に接近していることを決定してもよい。

図７では、基地局７０２は、７７３で示されるように、例えば、フレーミング、タイミング、システム識別、他のシステム情報、または情報の組み合わせ等の、システム情報を含有するオーバヘッドメッセージを送信してもよい。加えて、基地局７０２は、７９１によって表されるように、例えば、感知マトリクス（「Φ」）のＭ_１個の感知波形（「φ_ｊ」）を使用するように、センサ７１０に命令してもよい。次いで、センサ７１０は、７９０で示されるように、受信したアップリンク信号（「ｆ」）を継続的に処理し、感知マトリクス（「Φ」）のＭ_１個の感知波形（「φ_ｊ」）を使用して、感知した信号（「ｙ」）を基地局７０２に送信してもよい。

図７では、基地局７０２は、例えば、オーバヘッドメッセージを送信して、７７４によって表されるように、スパースネスＳ_２およびスパース表現行列（「Ψ」）を使用するようにユーザ機器７０６を構成してもよい。次いで、ユーザ機器７０６は、７８１によって示されるように、スパースネスＳ_２を使用して、例えば、存在信号を送信してもよい。加えて、基地局７０２は、７９２によって表されるように、例えば、感知マトリクス（「Φ」）のＭ_２個の感知波形（「φ_ｊ」）を使用するように、センサ７１０に命令してもよい。次いで、センサ７１０は、７９３で示されるように、受信したアップリンク信号（「ｆ」）を継続的に処理し、感知マトリクス（「Φ」）のＭ_２個の感知波形（「φ_ｊ」）を使用して、基地局７０２に感知した信号（「ｙ」）を送信してもよい。ユーザ機器７０６は、例えば、７９４で示されるように、基地局７０２がＳ_２を使用して存在信号を感知するまで、７８１によって表されるように、Ｓ_２を使用して存在信号を送信し続けてもよい。その時点で、基地局７０２は、例えば、７７５によって表されるように、その電子シリアル番号（「ＥＳＮ」）の少なくとも一部分を送信する、ならびにスパースネスＳ_３およびスパース表現行列（「Ψ」）を使用する要求を含む、認識にメッセージをユーザ機器７０６に送信してもよい。さらに、基地局７０２は、例えば、７９５で示されるように、Ｍ_３の新しい値および新しい感知マトリクス（「Φ」）を使用する命令をセンサ７１０に送信してもよい。次いで、センサ７１０は、７９６で示されるように、受信したアップリンク信号（「ｆ」）を継続的に処理し、感知マトリクス（「Φ」）のＭ_３個の感知波形（「φ_ｊ」）を使用して、感知した信号（「ｙ」）を基地局７０２に送信してもよい。

図７では、ユーザ機器７０６は、７８２によって表されるように、Ｓ_３を使用して、そのＥＳＮの少なくとも一部分を含有するアップリンクメッセージを基地局７０２に送信してもよい。いったん基地局７０２がこのアップリンクメッセージを受信すると、基地局７０２は、例えば、７７６で示されるように、その完全ＥＳＮおよびリソースの要求を送信するようにユーザ機器７０６に要求する、ダウンリンクメッセージをユーザ機器７０６に送信してもよい。次いで、ユーザ機器７０６は、７８３によって表されるように、Ｓ_３を使用して、その完全ＥＳＮおよびリソースの要求を含有する、アップリンクメッセージを送信してもよい。基地局７０２がアップリンクメッセージを受信した後に、基地局７０２は、７９８によって表されるように、ユーザ機器７０６の完全ＥＳＮを検証して、それがシステム上にある適性を決定し、かつそれを任意のリソースに割り当ててもよい。次いで、基地局７０２は、７７７で示されるように、ユーザ機器７０６にダウンリンクメッセージを送信して、それをリソースに割り当ててもよい。

センサ７１０は、中心周波数（「ｆ_ｃ」）を中心とする周波数帯域幅（「Ｂ」）のアップリンク信号（「ｆ」）を継続的に受信してもよい。センサ７１０は、受信要素を使用してアップリンク信号（「ｆ」）をダウンコンバートし、次いで、圧縮サンプリングを行うことができる。圧縮サンプリングは、例えば、受信したアップリンク信号（「ｆ」）をサンプリングし、次いで、感知した信号（「ｙ」）を生成するように感知マトリクス（「Φ」）およびサンプルの積を計算することによって、行われる。サンプリングは、例えば、シャノンの定理に従って、受信したアップリンク信号（「ｆ」）を留保することと一致する、ナイキストレートに対応する周波数帯域幅（「Ｂ」）で行われてもよい。受信したアップリンク信号（「ｆ」）は、例えば、周期的に、非周期的に、または両方でサンプリングされてもよい。

サンプリング過程が、Ｎ個のサンプルをもたらすことができる一方で、感知マトリクス（「Φ」）およびＮ個のサンプルの積を計算することにより、感知した信号（「ｙ」）のＭ値をもたらすことができる。感知マトリクス（「Φ」）は、Ｎ×Ｍの大きさを有してもよい。感知した信号（「ｙ」）のこれらの結果として生じるＭ値は、通信リンク上で基地局７０２に送信することができる。圧縮サンプリングは、基地局７０２に送信されるサンプルの数を、従来のアプローチに対するＮ個のサンプルからＭ個のサンプルに削減することができ、ＭはＮよりも少なくなり得る。センサ７１０に十分なシステムタイミングがない場合、サンプリングは、例えば、２Ｎ個のサンプルをもたらす、より高いサンプリング率で行われてもよい。このシナリオについて、センサ７１０は、感知した信号（「ｙ」）の２Ｍ個のサンプルをもたらす感知マトリクス（「Φ」）とアップリンク信号「ｆ」の２Ｎ個のサンプルとの積を計算してもよい。したがって、圧縮サンプラは、基地局７０２に送信されるサンプルの数を、従来のアプローチに対する２Ｎ個のサンプルから２Ｍ個のサンプルに削減することができ、ＭはＮよりも少なくてもよい。このシナリオについて、感知マトリクス（「Φ」）は、２Ｎ×２Ｍの大きさを有してもよい。

圧縮サンプラは、サンプリングされた受信したアップリンク信号（「ｆ」）を、例えば、独立して選択された感知マトリクス（「Φ」）の感知波形（「φ_ｊ」）と相関させることによって、感知した信号（「ｙ」）を計算してもよい。感知マトリクス（「Φ」）の感知波形（「φ_ｊ」）の選択は、情報信号（「ｘ」）の知識を伴わなくてもよい。しかしながら、Ｍの選択は、例えば、受信したアップリンク信号（「ｆ」）のスパースネスＳの推定値に依存してもよい。したがって、感知マトリクス（「Φ」）の選択されたＭ個の感知波形（「φ_ｊ」）は、スパース表現行列（「Ψ」）とは無関係であってもよいが、Ｍは、受信したアップリンク信号（「ｆ」）の性質の推定値に依存してもよい。さらに、受信したアップリンク信号（「ｆ」）のスパースネスＳは、例えば、ユーザ機器７０６を認識するダウンリンクメッセージをユーザ機器７０６に送信し、スパースネスＳ_３および新しいスパース表現行列（「Ψ」）７７５を使用するようにユーザ機器７０６を構成する、基地局７０２によって制御されてもよい。

基地局７０２による情報信号（「ｘ」）の感知の成功は、ＭがスパースネスＳ以下であることを要求してもよい。スパースネスＳの知識の欠如は、例えば、スパースネスＳを推定し、その後に調整する基地局７０２によって克服されてもよい。例えば、基地局７０２は、Ｍを、例えば、いずれの圧縮有益性にも対応しなくてもよい、Ｎの値に初期化してもよい。基地局７０２が、センサ７１０において受信される周波数帯域Ｂの活動レベルを推定するにつれて、基地局７０２は、例えば、Ｍの値を調整してもよい。そうすることによって、基地局７０２は、例えば、Ｍ個の感知波形（「φ_ｊ」）の数を調整し、したがって、通信リンク上で基地局７０２に送信される感知した信号（「ｙ」）の帯域幅を調整することによって、センサ７１０の電力消費に影響を及ぼすことができる。

さらに、基地局７０２は、例えば、Ｍの値を周期的に増加させて、基地局７０２が周波数帯域Ｂの中のスパースネスＳを徹底的に評価することを可能にするように、命令をセンサ７１０に送信してもよい。加えて、基地局７０２は、ランダム選択、スケジュールに従った選択、他の選択方法、または選択方法の組み合わせ等の、感知波形（「φ_ｊ」）を選択する方法に関する命令をセンサ７１０に送信してもよい。場合によっては、センサ７１０は、感知波形（「φ_ｊ」）の選択を基地局７０２に伝達する必要があってもよい。

ユーザ機器７０６は、存在信号を送信して、基地局７０２にその存在を通知することができる。各存在信号は、例えば、スパース表現行列（「Ψ」）のスパース表現波形（「ψ_ｊ」）を選択し、組み合わせることによって生成される、情報信号であってもよい。スパース表現行列（「Ψ」）のスパース表現波形（「ψ_ｊ」）の選択は、例えば、基地局７０２によって送信される、オーバヘッドメッセージによって構成されてもよい。例えば、基地局７０２は、スパース表現行列（「Ψ」）のスパース表現波形（「ψ_ｊ」）の一部を特定する、オーバヘッドメッセージを送ってもよい。

基地局７０２はまた、認識されていないユーザ機器７０６が、パイロット信号（「ψ_０」）と呼ぶことができる、スパース表現行列（「Ψ」）のスパース表現波形（「ψ_ｊ」）を使用するために、ダウンリンクオーバヘッドメッセージを送ってもよい。センサ７１０は、アップリンク信号（「ｆ」）を継続的に受信し、感知した信号（「ｙ」）を生成するようにアップリンク信号（「ｆ」）を圧縮サンプリングし、感知した信号（「ｙ」）を基地局７０２に送信することができる。次いで、基地局７０２は、感知した信号（「ｙ」）の中でパイロット信号（「ψ_０」）を感知することができる。いったんパイロット信号（「ψ_０」）が感知されると、基地局７０２は、ユーザ機器７０６とセンサ７１０との間のチャネル利得（「

」）を推定してもよく、例えば、そのＥＳＮの一部分を送信するように、パイロット信号（「ψ_０」）を送信した任意のユーザ機器７０６に命令してもよい。異なるユーザ機器７０６からのアップリンク伝送の間で衝突が発生した場合、異なるユーザ機器７０６による後続のアップリンク伝送試行を分離するために、Ａｌｏｈａアルゴリズム等の衝突解決方法が使用尾されてもよい。

センサ７１０はまた、基地局７０２とユーザ機器７０６との間の通信に関係なく動作してもよい。基地局７０２は、例えば、スパース表現行列（「Ψ」）のＭ個のスパース表現波形（「ψ_ｊ」）を使用するように、センサ７１０に命令してもよい。さらに、基地局７０２は、例えば、ユーザ機器７０６によるアップリンク信号（「ｆ」）活動の量の予測に基づいて、Ｍの値を変化させてもよい。例えば、アップリンク信号（「ｆ」）のスパースネスＳが変化していると基地局７０２が予測する場合、Ｍの値を変化させるようにセンサ７１０に命令してもよい。ある確定的感知マトリクス（「Φ」）について、ＭがＮの値に等しい時、センサ７１０の中の感知マトリクス（「Φ」）は、効果的に離散型フーリエ変換（「ＤＦＴ」）になってもよい。

図８は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システム８００の別の実施形態を図示する。この実施形態では、システム８００は、高ユーザ密度のサポートを伴う、ロバストな高帯域幅リアルタイム無線通信を提供することができる。図８では、システム８００は、ユーザ機器８０６と、センサ８１０と、基地局８０２とを含む。基地局８０２は、

とも呼ばれる、情報信号（「ｘ」）の推定値を生成するように、基地局８０２の感知器８５１への入力として、センサ８１０から感知した信号（「ｙ」）を受信することができる。次いで、基地局８０２は、例えば、

とも呼ばれる、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値を生成するように、この推定値を量子化することができる。情報信号（「ｘ」）の推定値は、例えば、シンプレックスアルゴリズム、ｌ_１ノルムアルゴリズム、ｌ_０ノルムアルゴリズム、他のアルゴリズム、またはアルゴリズムの組み合わせを使用して、決定されてもよい。この実施形態では、情報信号（「ｘ」）の推定値の全ての要素は、非ゼロ値を有してもよい。したがって、例えば、Ｓ非ゼロ値およびＮマイナスＳ（「Ｎ−Ｓ」）ゼロ値から成る、情報信号（「ｘ」）を決定するように、情報信号（「ｘ」）の推定値の厳しい決定が行われてもよい。

図９は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの中の感知器の量子化方法９００の一実施形態を図示する。図９は、基地局９０２内のステップ、および基地局９０２内の量子化器９５３内のステップを指す。方法９００は、感知した信号（「ｙ」）を基地局９０２に送信することができるセンサ９１０から開始する。ブロック９５２では、方法９００は、

とも呼ばれる情報信号（「ｘ」）の推定値を決定するために感知した信号（「ｙ」）を解くことができる。ブロック９７０において、方法９００は、例えば、最大値から最小値まで、情報信号（「ｘ」）の推定値の要素を順序付けることができる。

図９では、情報信号（「ｘ」）が量子化器９５３に印加される。ブロック９７１において、方法９００は、例えば、感知した信号（「ｙ」）、情報信号（「ｘ」）の推定値、または両方を使用して、スパースネスＳを決定することができる。さらに、基地局９０２は、ダウンリンクメッセージをユーザ機器に送信することによって、ユーザ機器に対するＳの値を固定してもよい。基地局９０２はまた、Ｓの異なる値をセンサに送信し、いくらかの期間、例えば、１〜２秒の間に、アップリンク信号（「ｆ」）のスパースネスＳを決定することによって、Ｓの適切な値を周期的にスキャンしてもよい。ユーザ機器が複数のアクセス試行を行ってもよいため、基地局９０２には、Ｓの不良な推定値を認識し、そのＭの値を調整するようにセンサに命令する機会があってもよい。Ｓをスキャンする十分に低い負荷サイクルにより、センサベースの無線通信ネットワークを使用する電力消費利点を留保することができる。このようにして、センサ９１０による圧縮サンプリング活動は、それに影響を及ぼしてもよい、信号のスパースネスを適応的に追跡してもよい。したがって、センサ９１０は、圧縮サンプリングを継続的に行いながらも、その電力消費を最小化してもよい。

ブロック９７２において、方法９００は、情報信号（「ｘ」）の推定値の最大Ｓの要素の指数を保持するために、ブロック９７１で決定されるスパースネスＳを使用することができる。ブロック９７３において、方法９００は、情報信号（「ｘ」）の推定値の最大Ｓも要素を第１の値９７４に設定するために、ブロック９７２で推定されるＳ指数を使用することができる。ブロック９７５において、次いで、方法９００は、情報信号（「ｘ」）の推定値の残りのＮ−Ｓ要素を第２の値９７６に設定することができる。量子化器９５３の出力は、

とも呼ばれる、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値となり得る。第１の値９７４は、例えば、論理１であってもよい。さらに、第２の値９７６は、例えば、論理０であってもよい。

図１０は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システム１００、２００、３００、４００、６００、および８００で使用される、スパース表現行列および感知行列の種類の実施例を図示する、チャート１０００である。一実施形態において、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムは、スパース表現行列（「Ψ」）および感知マトリクス（「Φ」）に、ランダム行列を使用してもよい。ランダム行列は、例えば、独立して、かつ同様に分布した（「ｉｉｄ」）ガウシアン値から成る。

別の実施形態において、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムは、スパース表現行列（「Ψ」）および感知マトリクス（「Φ」）に、確定的行列を使用してもよい。確定的行列は、例えば、スパース表現行列（「Ψ」）の恒等行列および感知マトリクス（「Φ」）の余弦行列から成る。当業者であれば、異なる種類および組み合わせの行列が、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムに使用される場合があることを認識するであろう。

図１１は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システム１００、２００、３００、４００、６００、および８００で使用することができる、ユーザ機器１１００の一実施形態を図示する。図１１において、ユーザ機器１１００は、情報信号（「ｘ」）を形成するようにアップリンクメッセージを変調するための変調器１１４０を含むことができる。発生器１１４１は、情報信号（「ｘ」）を受信することができ、例えば、アンテナ１３６４を使用してアップリンク伝送器１１４２によって伝送される、アップリンク信号（「ｆ」）を生成するように、スパース表現行列（「Ψ」）１１４３を情報信号（「ｘ」）に適用することができる。ユーザ機器１１００はまた、アンテナ１１６４によって受信されるダウンリンク信号をダウンコンバートするためのダウンリンク受信機１１４８を含むこともできる。次いで、ダウンリンクメッセージを生成するように、受信したダウンリンク信号を復調器１１４９によって処理することができる。

この実施形態において、ユーザ機器１１００は、ユーザ機器１１００の時間計測をし、システムタイミングを維持するための発振器１１６２、ユーザ機器１１００に電力供給するためのバッテリ１３６１等の電力供給１１６３、キーパッドおよびディスプレイ等の入力／出力デバイス１３６７、ユーザ機器１１００の動作を制御するためのコントローラ１１４７に連結されるメモリ１３６０、他の要素、または要素の組み合わせを含むことができる。当業者であれば、ユーザ機器の中で見られる典型的な要素を認識するであろう。

図１２は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システム１００、２００、３００、４００、６００、および８００で使用することができる、ユーザ機器１２００の一実施形態を図示する。図１２において、センサ１２００は、例えば、アンテナ１２６４によって受信される、アップリンク信号（「ｆ」）をダウンコンバートするための受信要素１２３０を含むことができる。圧縮サンプラ１２３１は、センサ伝送器１２３２を使用して送信することができる、感知した信号（「ｙ」）を生成するように、感知マトリクス（「Φ」）１２３３をアップリンク信号（「ｆ」）に適用することができる。

この実施形態において、センサ１２００は、センサ１２００の時間計測をし、システムタイミングを維持するための発振器１２６２、ユーザ機器１１００に電力供給するためのバッテリ１２６１等の電力供給１２６３、センサ１２００の動作を制御するためのコントローラまたは状態機械１２３７に連結されるメモリ１２６０、他の要素、または要素の組み合わせを含むことができる。コントローラ１２３７は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせで実装されてもよい。さらに、コントローラ１２３７は、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、メモリ、状態機械、またはそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。

図１３は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システム１００、２００、３００、４００、６００、および８００で使用することができる、基地局１３００の一実施形態を図示する。図１３において、アップリンク方向で、基地局１３００は、感知した信号（「ｙ」）を収集するためのコレクタ１３５０を含むことができる。感知器１３５１は、収集された感知した信号（「ｙ」）を受信することができ、収集された感知した信号（「ｙ」）から情報信号（「ｘ」）を推定し、感知するために、感知マトリクス（「Φ」）１２３３およびスパース表現行列（「Ψ」）１１４３を使用することができる。コントローラ１３５７は、アップリンクメッセージを決定するように、感知された情報信号（「

」）を評価してもよい。ダウンリンク方向で、基地局１３００は、ダウンリンクメッセージを変調するための変調器１３５９と、変調したダウンリンク信号を送信するためのダウンリンク伝送器インターフェース１３５８とを含むことができる。

この実施形態において、基地局１３００は、基地局１３００の時間計測をし、システムタイミングを維持するための発振器１３６２、基地局１３００に電力供給するための電力供給１３６３、基地局１３００の動作を制御するためのコントローラ１３３７に連結されるメモリ１３６０、センサを制御するためのセンサコントローラ１３５５、ダウンリンク伝送器を制御するためのダウンリンク伝送器コントローラ、他の要素、または要素の組み合わせを含むことができる。

一実施形態において、センサベースの無線通信システム１００、２００、３００、４００、６００、および８００は、アンテナアレイ信号処理技法、ＭＩＭＯ信号処理技法、ビーム形成技法、他の技法、または技法の組み合わせを使用することによって、アップリンク信号（「ｆ」）を処理して、基地局１０２、２０２、３０２、６０２、７０２、８０２、および１３０２における存在信号の共同感知を可能にするために、複数のセンサ１１０〜１１３、２１０〜２１３、３１０、６１０、７１０、８１０、１２００、および１３１０を使用してもよい。複数のセンサ１１０〜１１３、２１０〜２１３、３１０、６１０、７１０、８１０、１２００、および１３１０の使用は、各センサ１１０〜１１３、２１０〜２１３、３１０、６１０、７１０、８１０、１２００、および１３１０において、Ｍの値がより低くなることを可能にしてもよい。したがって、各センサ１１０〜１１３、２１０〜２１３、３１０、６１０、７１０、８１０、１２００、および１３１０の電力消費は、例えば、より密度の高い配備で、数のセンサ１１０〜１１３、２１０〜２１３、３１０、６１０、７１０、８１０、１２００、および１３１０を配置することによって低減されてもよい。

別の実施形態において、センサベースの無線通信システム１００、２００、３００、４００、６００、および８００は、典型的には２つのセンサ１１０〜１１３、２１０〜２１３、３１０、６１０、７１０、８１０、１２００、および１３１０が、ユーザ機器７０６によって伝送されるアップリンク信号（「ｆ」）を受信することを可能にするように、センサ１１０〜１１３、２１０〜２１３、３１０、６１０、７１０、８１０、１２００、および１３１０を配備してもよい。各配備は、センサ１１０〜１１３、２１０〜２１３、３１０、６１０、７１０、８１０、１２００、および１３１０が、例えば、２または３の間の経路損失指数を伴って、３０メートルの分離距離で配備されてもよい、屋内環境内にあってもよい。センサ１１０〜１１３、２１０〜２１３、３１０、６１０、７１０、８１０、１２００、および１３１０は、それぞれ、より大きい領域を網羅するように配備されてもよいが、経路損失指数が、より小さくてもよい。感知の成功のために、単一の存在信号を感知する確率は、１０パーセントを上回ってもよい。

別の実施形態において、センサベースの無線通信システム１００、２００、３００、４００、６００、および８００は、例えば、車両通信、他の通信、または通信の組み合わせをサポートするように、マクロセルでセンサ１１０〜１１３、２１０〜２１３、３１０、６１０、７１０、８１０、１２００、および１３１０を配備してもよい。さらに、センサ１１０〜１１３、２１０〜２１３、３１０、６１０、７１０、８１０、１２００、および１３１０は、例えば、歩行者通信、屋内通信、オフィス通信、他の通信、または通信の組み合わせをサポートするように、マイクロセルで配備されてもよい。

システム１００、２００、３００、４００、６００、および８００では、チャネル６２０および８２０は、チャネル利得（「ａ」）６２１および８２１を伴って静的であってもよく、チャネル雑音（「ｖ」）６２２および８２１は、付加白色ガウシアン雑音（「ＡＷＧＮ」）であってもよい。チャネル雑音（「ｖ」）６２２および８２１は、関心の情報の受信機の見解を歪曲する場合がある、付加信号を含んでもよい。チャネル雑音（「ｖ」）源は、例えば、受信アンテナにおける熱雑音、同一チャネル干渉、隣接チャネル干渉、他の雑音源、または雑音源の組み合わせであってもよい。さらに、センサ１１０〜１１３、２１０〜２１３、３１０、６１０、７１０、８１０、１２００、および１３１０、ユーザ機器１０６、２０６、３０６、６０６、７０６、８０６、および１１００、基地局１０２、２０２、３０２、６０２、７０２、８０２、および１３０２、またはそれらの任意の組み合わせは、タイミング、周波数、位相、他の条件、または条件の組み合わせにおいて、十分に同期化されてもよい。加えて、１つだけのセンサ１１０〜１１３、２１０〜２１３、３１０、６１０、７１０、８１０、１２００、および１３１０、１つのユーザ機器１０６、２０６、３０６、６０６、７０６、８０６、および１１００、１つの基地局１０２、２０２、３０２、６０２、７０２、８０２、および１３０２、またはそれらの組み合わせがあってもよい。

圧縮サンプリングスキームは、例えば、ランダムペア、確定的ペア、またはそれらの任意の組み合わせである、スパース表現行列（「Ψ」）および感知マトリクス（「Φ」）を使用してもよい。これらの行列について、基地局１０２、２０２、３０２、６０２、７０２、８０２、および１３０２、センサ１１０〜１１３、２１０〜２１３、３１０、６１０、７１０、８１０、１２００、および１３１０、ユーザ機器１０６、２０６、３０６、６０６、７０６、８０６、および１１００、またはそれらの任意の組み合わせには、スパース表現行列（「Ψ」）、感知マトリクス（「Φ」）、または両方、あるいはそれらの任意の組み合わせを生成するように、スパース表現行列（「Ψ」）、感知マトリクス（「Φ」）、または両方、シード値等の情報が提供されてもよい。基地局１０２、２０２、３０２、６０２、７０２、８０２、および１３０２は、どのスパース表現行列（「Ψ」）および感知マトリクス（「Φ」）が使用されているかを知ってもよい。基地局１０２、２０２、３０２、６０２、７０２、８０２、および１３０２は、感知マトリクス（「Φ」）のＭ個の感知波形（「φ_ｊ」）の特定の集合を使用するように、センサ１１０〜１１３、２１０〜２１３、３１０、６１０、７１０、８１０、１２００、および１３１０に命令してもよい。さらに、基地局１０２、２０２、３０２、６０２、７０２、８０２、および１３０２は、アップリンク信号が、例えば、Ｎ個の間隔またはチップから成ることを、ユーザ機器１０６、２０６、３０６、６０６、７０６、８０６、および１１００、ならびにセンサ１１０〜１１３、２１０〜２１３、３１０、６１０、７１０、８１０、１２００、および１３１０に命令してもよい。

前述のランダム行列、確定的行列、または両方は、一度だけ生成されてもよく、または再び生成された場合に変化しなくてもよい。さらに、これらの行列は、しばらくした後、例えば、数秒後に、再生されてもよい。また、これらの行列は、使用される度に再生されてもよい。いずれの場合も、基地局１０２、２０２、３０２、６０２、７０２、８０２、および１３０２のソルバを含む感知器は、ユーザ機器７０６によって使用されるスパース表現行列（「Ψ」）ならびにサンプラによって使用される感知マトリクス（「Φ」）を知ってもよい。当業者であれば、これは、基地局が行列を提供しなければならないことを意味しないことを認識するであろう。一方で、例えば、ユーザ機器１０６、２０６、３０６、６０６、７０６、８０６、および１１００、ならびに基地局１０２、２０２、３０２、６０２、７０２、８０２、および１３０２は、例えば、システム時間の擬似雑音（「ｐｎ」）関数に従って、スパース表現行列（「Ψ」）を変更してもよい。同様に、例えば、センサ１１０〜１１３、２１０〜２１３、３１０、６１０、７１０、８１０、１２００、および１３１０、ならびに基地局１０２、２０２、３０２、６０２、７０２、８０２、および１３０２は、例えば、システム時間の擬似雑音（「ｐｎ」）関数に従って、感知マトリクス（「Φ」）を変更してもよい。

図１４は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの中の無線デバイスを感知する一実施形態のシミュレートした結果を図示し、システム８００の性能は、Ｎ＝１０、Ｍ＝５、Ｓ＝１または２、およびランダム行列を使用して測定された。図式的説明図は、その全体において１４００で言及される。信号対雑音（「ＳＮＲ」）比の対数の大きさが、横座標１４０１上で示され、０デシベル（「ｄＢ」）から２５ｄＢまでの範囲内でプロットされている。感知の確率（「Ｐｒ（ｄｅｔｅｃｔ）」）が、縦座標１４０２上で示され、０の確率に対応する０から１００パーセントまでの確率に対応する１の範囲内でプロットされている。グラフ１４０３、１４０４、および１４０５は、システム８００のシミュレーション結果を表し、Ｎは、１０であり、Ｍは、５であり、Ｓは、１または２であり、ランダムｉｉｄガウシアン値は、スパース表現行列（「Ψ」）および感知マトリクス（「Φ」）にデータ投入するために使用される。グラフ１４０３は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値において１つの非ゼロ入力を感知する確率を示し、Ｓは１である。グラフ１４０４は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値において１つの非ゼロ入力を感知する確率を示し、Ｓは２である。グラフ１４０５は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値において２つの非ゼロ入力を感知する確率を示し、Ｓは２である。

図１５は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの一実施形態の性能のシミュレートした結果を図示し、システム８００の性能は、Ｎ＝２０、Ｍ＝１０、Ｓ＝１または２、およびランダム行列を使用して測定された。図式的説明図は、その全体において１５００で言及される。ＳＮＲ比の対数の大きさが、横座標１５０１上で示され、０ｄＢから２５ｄＢの範囲内でプロットされている。感知の確率（「Ｐｒ（ｄｅｔｅｃｔ）」）が、縦座標１５０２上で示され、０の確率に対応する０から１００パーセント確率に対応する１の範囲内でプロットされている。グラフ１５０３、１５０４、１５０５、１５０６、および１５０７は、システム８００のシミュレーション結果を表し、Ｎは、２０であり、Ｍは、１０であり、Ｓは、１または２であり、ランダムｉｉｄガウシアン値は、スパース表現行列（「Ψ」）および感知マトリクス（「Φ」）にデータ投入するために使用される。グラフ１５０３は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値において１つの非ゼロ入力を感知する確率を示し、Ｓは１である。グラフ１５０４は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値において２つの非ゼロ入力を正しく感知する確率を示し、Ｓは２である。グラフ１５０５は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値においていずれの非ゼロ入力も正しく感知しない確率を示し、Ｓは１である。グラフ１５０６は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値においていずれの非ゼロ入力も正しく感知しない確率を示し、Ｓは２である。グラフ１５０７は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値において１つの非ゼロ入力を正しく感知する確率を示し、Ｓは２である。

図１６は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの一実施形態の性能のシミュレートした結果を図示し、システム８００の性能は、Ｎ＝１０、Ｍ＝３、Ｓ＝１、および確定的またはランダム行列を使用して測定された。図式的説明図は、その全体において１６００で言及される。ＳＮＲ比の対数の大きさが、横座標１６０１上で示され、０ｄＢから２５ｄＢの範囲内でプロットされている。感知の確率（「Ｐｒ（ｄｅｔｅｃｔ）」）が、縦座標１６０２上で示され、０の確率に対応する０から１００パーセント確率に対応する１の範囲内でプロットされている。グラフ１６０３、１６０４、１６０５、１６０６、および１６０７は、システム８００のシミュレーション結果を表し、Ｎは、２０であり、Ｍは、１０であり、Ｓは、１または２であり、確定的な値は、スパース表現行列（「Ψ」）および感知マトリクス（「Φ」）に使用される。グラフ１６０３は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値において１つの非ゼロ入力を正しく感知する確率を示し、Ｓは１である。グラフ１６０４は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値において２つの非ゼロ入力を正しく感知する確率を示し、Ｓは２である。グラフ１６０５は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値においていずれの非ゼロ入力も正しく感知しない確率を示し、Ｓは１である。グラフ１６０５は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値においていずれの非ゼロ入力も正しく感知しない確率を示し、Ｓは２である。グラフ１６０７は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値において１つの非ゼロ入力を正しく感知する確率を示し、Ｓは２である。

図１７は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの一実施形態の性能のシミュレートした結果を図示し、システム８００の性能は、Ｎ＝１０、Ｍ＝３、Ｓ＝１、およびランダムまたは確定的行列を使用して測定された。図式的説明図は、その全体において１７００で言及される。ＳＮＲ比の対数の大きさが、横座標１７０１上で示され、０ｄＢから４５ｄＢまでの範囲内でプロットされている。感知の確率（「Ｐｒ（ｄｅｔｅｃｔ）」）が、縦座標１７０２上で示され、０の確率に対応する０から１００パーセント確率に対応する１の範囲内でプロットされている。グラフ１７０３、１７０４、１７０５、および１７０６は、システム８００のシミュレーション結果を表し、Ｎは１０であり、Ｍは３であり、Ｓは１である。グラフ１７０３は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値において１つの非ゼロ入力を正しく感知する確率を示し、確定的行列が使用される。グラフ１７０４は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値において１つの非ゼロ入力を正しく感知する確率を示し、ｉｉｄガウシアンランダム行列が使用される。グラフ１７０５は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値においていずれの非ゼロ入力も正しく感知しない確率を示し、ｉｉｄガウシアンランダム行列が使用される。グラフ１７０６は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値においていずれの非ゼロ入力も正しく感知しない確率を示し、確定的行列が使用される。

図１８は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの一実施形態の性能のシミュレートした結果を図示し、システム８００の性能は、Ｎ＝１０、Ｍ＝５、Ｓ＝２、およびランダム行列を使用して測定された。さらに、情報信号（「ｘ」）の各伝送の前に、スパース表現行列（「Ψ」）および感知マトリクス（「Φ」）を変化させた。図式的説明図は、その全体において１８００で言及される。ＳＮＲ比の対数の大きさが、横座標１８０１上で示され、０ｄＢから５０ｄＢまでの範囲内でプロットされている。感知の確率（「Ｐｒ（ｄｅｔｅｃｔ）」）が、縦座標１８０２上で示され、０の確率に対応する０から１００パーセント確率に対応する１の範囲内でプロットされている。グラフ１８０３、１８０４、１８０５、および１８０６は、システム８００のシミュレーション結果を表し、Ｎは、１０であり、Ｍは、５であり、Ｓは、２であり、ランダムｉｉｄガウシアン行列が、スパース表現行列（「Ψ」）および感知マトリクス（「Φ」）に使用され、ランダム行列が、各伝送の前に再生される。グラフ１８０３は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値において２つの非ゼロ入力を感知する確率を示す。グラフ１８０４は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値において２つの非ゼロ入力を感知する確率を示し、感知マトリクス（「Φ」）のいずれか２つの感知波形（「φ_ｊ」）は、実質的に非干渉性である。グラフ１８０５は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値において１つの非ゼロ入力を感知する確率を示し、感知マトリクス（「Φ」）のいずれか２つの感知波形（「φ_ｊ」）は、実質的に非干渉性である。具体的には、グラフ１８０４およびグラフ１８０５は、０．１よりも大きい相関の大きさを有する、感知マトリクス（「Φ」）のいずれか２つの感知波形（「φ_ｊ」）を拒絶する効果を表す。グラフ１８０６は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値において１つの非ゼロ入力を感知する確率を示す。

図１９は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの一実施形態の性能のシミュレートした結果を図示し、システム８００の性能は、Ｎ＝１０、Ｍ＝３、Ｓ＝１、ランダム行列、および種々の数の試験を使用して測定された。さらに、情報信号（「ｘ」）の各伝送の前に、スパース表現行列（「Ψ」）および感知マトリクス（「Φ」）を変化させた。図式的説明図は、その全体において１９００で言及される。ＳＮＲ比の対数の大きさが、横座標１９０１上で示され、０ｄＢから５０ｄＢまでの範囲内でプロットされている。感知の確率（「Ｐｒ（ｄｅｔｅｃｔ）」）が、縦座標１９０２上で示され、０の確率に対応する０から１００パーセント確率に対応する１の範囲内でプロットされている。グラフ１９０３、１９０４、１９０５、１９０６、および１９０７は、システム８００のシミュレーション結果を表し、Ｎは、１０であり、Ｍは、３であり、Ｓは、１であり、ランダムｉｉｄガウシアン行列が、スパース表現行列（「Ψ」）および感知マトリクス（「Φ」）に使用され、ランダム行列が、各伝送の前に再生される。グラフ１９０３は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値において１つの非ゼロ入力を感知する確率を示し、感知マトリクス（「Φ」）のいずれか２つの感知波形（「φ_ｊ」）は、実質的に非干渉性であり、２００回の試験が行われる。具体的には、グラフ１９０３はまた、０．１よりも大きい相関の大きさを有する、感知マトリクス（「Φ」）のいずれか２つの感知波形（「φ_ｊ」）を拒絶する効果も表す。グラフ１９０４は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値において１つの非ゼロ入力を正しく感知する確率を示し、２００回の試験が行われる。グラフ１９０５は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値において１つの非ゼロ入力を正しく感知する確率を示し、４０００回の試験が行われる。グラフ１９０６は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値において１つの非ゼロ入力を正しく感知する確率を示し、１０００回の試験が行われる。グラフ１９０７は、情報信号（「ｘ」）の量子化推定値において１つの非ゼロ入力を正しく感知する確率を示し、２０００回の試験が行われる。

図２０は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの一実施形態で使用される、確定的行列の実施例である。確定的行列の実施例は、集合的に２０００と呼ばれる。行列２００１および２００２は、システム１００、２００、３００、４００、６００、および８００で使用することができる確定的行列を表し、Ｎは、１０であり、Ｍは、５である。行列２００１は、感知マトリクス（「Φ」）の変換を表すことができる。行列２００２は、スパース表現行列（「Ψ」）を表すことができる。

図２１は、本明細書で説明される種々の側面による、圧縮サンプリングを使用するセンサベースの無線通信システムの一実施形態で使用される、ランダム行列の実施例である。ランダム行列の実施例は、集合的に２１００と呼ばれる。行列２１０１および２１０２は、システム１００、２００、３００、４００、６００、および８００で使用することができるランダム行列を表し、Ｎは、１０であり、Ｍは、５である。行列２１０１は、感知マトリクス（「Φ」）の変換を表すことができる。行列２１０２は、スパース表現行列（「Ψ」）を表すことができる。

サンプリングの異なる方法が図２２に示されている。この図は、［ＣＷ０８］に基づく。図２２のサンプラは、感知波形Φの集合である。信号ｘは、ｆが疎であれば、エラーなしで回復させることができる。Ｎ次元信号は、表現ｆ＝Ψｘの中にあれば、Ｓ−スパースであり、ｘは、Ｓ個の非ゼロ入力のみを有する（［ＣＷ０８、ページ２３］参照）。表現パラメータは、表現ｆ＝Ψｘの中の変数を特徴付けるパラメータである。これらのパラメータは、Ψの中の行の数、すなわち、Ｎ、Ψの要素の値、およびｘの中の非ゼロ入力の数、すなわち、Ｓ個を含む。図２２のサンプリングおよび回復のステップは、感知および解決といった、新しい一対の動作に置換される。

ステップ１．感知。

ステップ２．解決。

式（１）および（２）は、［ＣＷ０８、式４および５］からである。式（１）において、括弧〈〉は、相関とも呼ばれる内積を表す。

によって示されるｌ_１ノルムは、その独立変数の要素の絶対値の和である。

可能な限り少ない感知波形を使用するために、基礎のベクトルΨと、Φから得られる感知に使用されるベクトルとの間のコヒーレンスは、低くなければならない［ＣＷ０８、式３および６］。コヒーレンスμは、以下によって求められる。

（［ＣＷ０８］と比較した）サンプリングシステムを設計するためのインコヒーレントサンプリング方法は、以下の通りである。

１．ｆをモデル化し、ｆがＳ−スパースであるΨを発見する。

２．Ψと非干渉性であるΦを選択する。

３．Ｍ＞Ｓである、ΦのＭ列を無作為に選択する。

４．選択されたφベクトルを使用してｆをサンプリングし、ｙを産生する。

５．Ψ、Φ、およびｙをｌ_１ミニマイザに渡して、ｘを回復させる。

ｌ_１最小化に対して適用することができる１つの方法は、シンプレックス法である［ＬＹ０８］。

図２３に示された本発明の実施形態は、低電力受信機を含む。低電力受信機のＲＦ部分は、［ＥＳＹ０５、ＫＪＲ＋０６］で教示されるように実装することができる。図は、多重アクセスシステム２３００を表す。システムで使用することができる多重アクセススキームは、ＦＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＤＳ−ＣＤＭＡ、ＦＤＤおよびＴＤＤモード［Ｃａｓ０４，ｐｐ．２３−４５，１０９］を使用するＴＤ／ＣＤＭＡ、およびＯＦＤＭアクセススキーム［ＡＡＮ０８］を含む。システムは、ユーザ機器またはＵＥ２２０６と、インフラストラクチャ２２１０とを含む。ＵＥ２２０６は、移動局、セルラー無線を装備したラップトップコンピュータ、およびスマートフォンを含む。インフラストラクチャ２２１０は、遠隔サンプラ２２１２、基地局２２１６、中枢部、およびＤＬタワー２２２２等の、ＵＥではないセルラーシステムの部分を含む。遠隔サンプラ２２１２は、アンテナ、ダウンコンバージョンＲＦセクション、相関セクション、バックホール上で命令を受信するためのコントローラまたは状態機械、構成を記憶するためのメモリ、およびファイバ（バックホール）上で相関結果を基地局２２１６送信するオプションの伝送器から成る、デバイスを含む。各基地局２２１６は、一般に、１つより多くの遠隔サンプラ２２１２によって供給される。遠隔サンプラ２２１２は、中枢部概念を使用するシステムで、または中枢部概念を使用しないシステムで配備されてもよい。

変換は、入力波形が伝送または計算に好適な何らかの他の形態であることを表すことを含む。実施例は、信号の周波数を偏移させ（ダウンコンバージョン）、アナログからデジタル形態に変更することである（Ａ／Ｄ変換）。

中枢部は、容認可能な費用で、計算を高速で実行することができる、高性能インフラストラクチャ構成要素である。中枢部は、多くの物理層計算活動を中枢部において実行することができるように、基地局と迅速に通信することができる、インフラストラクチャ構成要素を含む。基地局およびＤＬを介した無線制御は、チャネルのフェージンク率と関連付けられる通信障害を克服することが実行可能であるよう、あまり遅くない。中枢部および基地局は、物理的に同じコンピュータまたはインフラストラクチャ構成要素であってもよい。基地局伝送器は、従来の携帯電話の基地局、建築物や街灯柱上に載置されたセルラー伝送器、またはオフィスの中の低電力ユニットを含む、ＤＬ（ダウンリンク）タワー２２２２に位置する。

ダウンリンクＤＬ２２２０は、インフラストラクチャからユーザ機器またはＵＥへの情報を運ぶＲＦエネルギーの流れである。これは、ＤＬタワー２２２２によって伝送され、ＵＥ２２０６によって受信される無線信号を含む。

フェージングは、どのようにして無線信号を多くの反射体から跳ね返すことができるか、および結果として生じる反射の合計の性質の説明を含む。フェージングに関するさらなる情報については、［ＢＢ９９，Ｃｈ．１３］を参照されたい。

環境パラメータは、ＵＥから遠隔サンプラまでの範囲、ＵＥからＤＬタワーまで範囲、任意の関心の遠隔サンプラおよび存在する任意の同一チャネル信号におけるＳＮＲ、および任意のフェージングを含む。

セルラーシステムには、いくつかの種類のアクセスがある。Ａｌｏｈａランダムアクセスは、ＵＥがインフラストラクチャに連絡することを希望するが、インフラストラクチャはＵＥがそこにあることを知らない時に行われる。ＵＥに、システムを使用する許可が与えられ、ＵＬおよびＤＬチャネルが割り当てられた後に、双方向データ交換が行われる。アクセスのさらなる考察については、［Ｃａｓ０４，ｐｇ．１１９］を参照されたい。

「チャネル」は、時間、周波数、コードおよび／または空間制限によってパラメータ化される、許可された波形を含む。実施例は、ＧＳＭシステムにおける特定のセルラーセクタの中の特定のＴＤＭＡスロットとなる。セルラー接続を維持するために必要とされるユーザデータおよび／または信号伝達情報は、チャネル上で送信される。

「基地局」という用語は、遠隔サンプラからファイバで運ばれた信号を受信し、ｌ１ソルバおよび量子化器をホストし、量子化器によって感知されるメッセージを認識し、ＤＬを利用してＵＥとのプロトコル交換を実行するように、知的に動作する（つまり、コンピュータソフトウェアを実行する）入力の説明を含むために、総称的に使用される。それは、ＤＬ上で送信されるオーバヘッドメッセージを生成する。それは、機能的には、ＲＩＭによって作成される中枢部概念の一部である。「ソルバ」は、ｌ１距離測度を使用するデバイスである。この距離は、各大きさの差の絶対値の和として測定される。例えば、（１．０、１．５、０．７５）と（０、２．０、０．５）との間の距離は、｜１−０｜＋｜１．５−２．０｜＋｜０．７５−０．５｜＝１．７５である。「量子化器」は、入力として推定値を受け取り、出力としての情報記号または言葉の有限集合のうちの１つを産生する、デバイスを含む。

基地局受信機、ソルバ、量子化器、およびコントローラは、図中で「基地局」２２１６と呼ばれる地点にある。基地局２２１６およびＤＬタワー２２２２は、同一の場所に位置することができ、いずれの場合においても、信号伝達目的で完全に接続される。アップリンク２２２４は、インフラストラクチャ２２１０からＵＥ２２０６への情報を運ぶＲＦエネルギーの流れである。これは、ＵＥ２２０６によって伝送され、１つ以上の遠隔サンプラ２２１２によって受信される無線信号を含む。

セルラーシステムは、リアルタイム双方向通信のために、多くの携帯電話ユーザに多重アクセスを提供する。これらのシステムの実施例は、ＧＳＭ、ＩＳ−９５、ＵＭＴＳ、およびＵＭＴＳ−Ｗｉ−Ｆｉである［Ｃａｓ０４，ｐｇ．５５９］。

混合マクロ／マイクロセルラーネットワークは、車両用の大型セルおよび歩行者用の小型セルを含む［Ｃａｓ０４，ｐｇ．４５］。セルラーシステム設計に関する一般的観点について、ＧＳＭまたはＷＣＤＭＡシステムは、好適な参照システムである。つまり、そえらは、移動局（ＵＥ）、基地局、基地局コントローラ等の配設を呈する。これらのシステムにおいて、ランダムアクセス、ページング、リソース割付（チャネル割当）、オーバヘッド信号伝達（タイミング、パイロットシステムｉｄ、アクセスに許可されたチャネル）、ハンドオーバメッセージング、アップリンクおよびダウンリンク上の訓練またはパイロット信号、および定常状態通信（音声またはデータ、パケットまたは回路）等の、ＵＥとインフラストラクチャとの間の通信の位相に応じて、種々の信号伝達レジームが使用される。

ファイバを介した基地局へのサンプリングされていないアナログの供給が、［ＣＧ９１］で提示された。Ｃｈｕにおいて、一種のトランスデューサがアンテナに取り付けられ、ファイバを供給する。［ＣＧ９１］におけるトランスデューサは、ＲＦ信号をサンプリングせず、アナログレーザ伝送器を使用して、単にそれを光エネルギーに変換する。本発明の新規性の一部は、基地局から遠隔アンテナに送信される値の数および性質、ならびに数および性質がどのように制御されるかである。

図２４はしばしば、無損失サンプリングとの関連で考えられる。信号Ａ（ｆ）のパワースペクトルが｜ｆ｜＞ｆｍａｘに対して０である場合には、時間領域信号ａ（ｔ）は、速度２ｆｍａｘで得られる離散サンプルに基づいて表すことができる［Ｐｒｏ８３、ページ７１］。この一般的シナリオにおいて、サンプラがＡ（ｆ）について知っている唯一のことは、ｆｍａｘを上回って０であることである。

サンプラがチップ速度に係止される無線システムについては、一般的に、無損失サンプリングは、チップにつき１回のサンプリングから成る。Ｎ個の離散順次時点において画定されるフレームを含む、Ｎチップ波形については、これは、チップレベルのコード名につきＮ個のサンプルを意味する。フレームは、伝送のための通過帯域への変換に準備ができているフレームとなる場合があり、または単純に、コンピューティングデバイスまたはメモリの内側のブール値、実数値、または複素数値のフレームとなる場合がある。本発明の一実施形態において、Ｎチップ波形は、Ｍ＜Ｎである、Ｍ値で感知される。「フレーム」は、順次に捕捉される時間サンプルの集合を含む。それはまた、順次に生成されるブール値（または実数あるいは複素数値）の集合を表してもよい。

「雑音」は、それが求める情報の受信機の見解を歪曲する、付加信号を含む。発生源は、受信アンテナにおける熱雑音であってもよく、または、望ましくない、あるいは他の所望の発生源からの同一チャネル無線信号であってもよく、または他の発生源から生じてもよい。雑音中の信号の感知の基礎理論は、［ＢＢ９９，Ｃｈ．２．６］で扱われている。

「性能」は、設計者の意図した動作に従って、無線システムがどれほど良く動いているかを含む。例えば、設計者は、ＵＥの電源が入り、オーバヘッド信号を認識すると、基地局に警告するメッセージを送信することを希望してもよい。この信号の基地局感知の性能は、基地局がそのメッセージの１回の伝送を認識する確率を含む。性能は、システムパラメータおよび環境要因に応じて変化する。「システムパラメータ」は、メッセージフレーム、感知波形の数、および送信されているメッセージのスパースネスを含む。

アップリンクは、ＵＥからインフラストラクチャへの情報を運ぶＲＦエネルギーの流れである。これは、ＵＥによって伝送され、１つ以上の遠隔サンプラによって受信される無線信号を含む。インコヒーレントサンプリングは、入力信号が疎である、基礎Ψとは無関係である感知波形（Φの列）に依存する、一種の圧縮サンプリングを含む。この報告は、遠隔サンプラにおけるバッテリ電力を節約する、単純なサンプリングおよび低速度データ伝送を開示する。図２５を参照されたい。圧縮サンプリングは、所望の情報を損失することなく、信号を（統計的な意味で）確実に表すために必要とされる値の数を低減するために、入力信号の特別な性質であるスパースネスが活用される、技法を含む。ここに、本発明のアーキテクチャに関するいくつかの一般的要点がある。

１．全体的なセルラーシステムは、たとえサンプラが稼働するのをやめても、全性能で動作し続ける。

２．遠隔サンプラは、建築物／都市環境内で、３０〜３００ｍの間隔で広く分布する。

３．基地局は、その計算能力が制限されない。

４．セルラーシステムダウンリンクは、いずれの通常のＲＦ電力制限も伴わずに、従来の携帯電話の基地局によって提供される。

５．ＵＥバッテリが節約され、標的ペイロードデータ伝送電力レベルは、１０〜１００μワットである。

６．所与の遠隔サンプラが光ファイバによって基地局に接続される。選択されたサンプラ配備の１つの代案は、同軸ケーブルとなる。

７．可能であれば、遠隔サンプラは、バッテリ電力で動作するべきである。電力線（米国では１１０Ｖ、６０Ｈｚ）を使用することが、別の可能性である。

全体的なシステム特性から、遠隔サンプルの以下の特色を推測する。

１．遠隔サンプラは、非常に安価で、ほとんど使い捨てである。

２．遠隔サンプラバッテリは、１〜２年間持続しなければならない。

３．遠隔サンプラ電力予算は、受信機感知／復調／復号アルゴリズムの実行を可能にしない。

４．遠隔サンプラは、ＲＦダウンコンバージョンと、基地局にデジタルサンプルを送信するための何らかのスキームとを有する。

５．遠隔サンプラは、ＵＥが信号伝達している時を認識するコンピュータ知能を持たない。

６．遠隔サンプラは、ダウンコンバージョンおよびサンプリングに関係する命令を基地局から受信することができる。

変調スキームの実施例は、ＱＡＭおよびＰＳＫならびに特異的変種［Ｐｒｏ８３，ｐｐ．１６４，１８８］、コード化変調［ＢＢ９９，Ｃｈ．１２］である。

これらの特色から、これらの設計規則が浮上する。

規則Ａ：サンプラから基地局へ、全てのオプションの計算タスクをプッシュ配信する。

規則Ｂ：良好なシステム性能と調和する最低レベルに、ファイバ上のサンプラ伝送速度を引き下げる。

規則Ｃ：全体的なシステム努力とサンプラバッテリ節約との間のトレードオフにおいて、努力して過剰に支払う。

規則Ｄ：サンプラを進化的物理層に対してロバストにすることは、ｃｐｕダウンロードに依存することなく変化する。

設計規則から、図２３および２５にスケッチされた設計に到達する。この報告では、以前に認識されていないＵＥ（ユーザ機器または移動局）が存在する時に基地局に警告するという問題に焦点を当てている。状況は、ここでは電力制御または干渉を取り扱っていないことを除いて、［ＬＫＬ＋０８，「Ｃａｓｅ １」］で説明されるアクセスシナリオのうちの１つと同様である。これらの問題を制御するための周知の方法がある。サンプラは、基地局によって提供されるシステムクロックに係止されて動作する。

この報告が焦点を当てている、セルラーシステムアクセスイベントで送信されているメッセージの説明図について、図２６を参照されたい。図２６は、存在信号２３１４を送信するＵＥ２２０６を図示する、１つの状況例である。図中、ＵＥ２２０６の電源が入り、オーバヘッド信号２３１２を監視し、存在警告信号２３１４を送信し始める。「存在信号」という用語は、信号が、感知波形によってインコヒーレントにサンプリングすることができる基地局にＵＥ２２０６によって送信される、任意の信号を含む。「感知波形」は、相関値を取得するように入力のフレームと相関付けられる、感知マトリクスΦからの列を含む。相関値は、ｙ_ｉと呼ばれ、ｉは、相関で使用されるΦの列である。一般的に、ＵＥ２２０６は、オーバヘッド情報２３１２を通して、現在ＵＥ２２０６を認識していないセルに接近していることを決定する時はいつでも、存在警告信号２３１４を使用してもよい。遠隔サンプラ２２１２は、Ｍ＝０ではない限り、感知測定値ｙを継続的に送信する。

感知パラメータは、式の中の変数を特徴付けるパラメータである。オーバヘッド２３１２は、継続的に送信される。存在する警告信号２３１４は、それが承認されるという見込みで送信される。ＵＥおよび基地局は、このようにしてメッセージを交換し、ＵＬは、ＵＥ２２０６から遠隔サンプラ２２１２である。遠隔サンプラ２２１２は、感知することなく、継続的に感知し、光ファイバ上で感知測定値ｙを基地局２２１６に送信する。ＤＬは、基地局タワー２２２２からＵＥ２２０６であり、例えば、存在信号２３１４を送信する時にスパースネスＳ_２を使用するようにＵＥに命令する、メッセージ２３１８である。スパース信号は、ＮｘＮ行列からのＳ列を合計することによって作成することができる、Ｎチップ波形を含む。この信号の重要な特性は、Ｓ「スパースネス」の値である。非自明な信号については、Ｓは、１からＮに及ぶ。遠隔サンプラ２２１２によって使用されるＭの値を変更する命令２３１６が、示されている。表示は、ＵＥにメッセージ送信するか、または使用される特定の変数の特定の値として遠隔サンプラに命令する方法である。
図は、正確にどれだけ多くのメッセージが送信されるかを示すことを目的としていない。

ＵＥはまた、ダウンリンク（ＤＬ）上で、オーバヘッド伝送を介して基地局からシステムクロックにアクセスできる。遠隔サンプラは、何らかの周波数ｆｃを中心とする、無線エネルギーの帯域幅Ｂを観察する。概して、それは、Ｂをそれが有する唯一の情報として扱わないため、ファイバ上で基地局に速度２Ｂでサンプルを提供する。むしろ、サンプラは、Ｎチップ波形のＮ個のサンプルを取得し、Ｍ個の相関を計算する。結果として生じるＭ値は、ファイバ上で基地局に送信される。サンプラがチップタイミングクロックを持たない場合、半チップタイミングで２Ｎ個のサンプルを獲得し、２Ｍ個の相関を計算することができる。基地局に送信されるサンプルの削減は、従来のアプローチに対する２Ｎから２Ｍである。

サンプラは、Φ行列の、独立して選択された列と相関させることによって、感知測定値ｙを計算することができる。感知パラメータは、Φ行列の列を伴う受信した信号ｇの相関の中の変数を特徴付けるパラメータである。これらのパラメータは、ｙの中の要素の数、すなわち、Ｍ、Φの要素の値、およびｇによって表されるチップサンプルの数、すなわち、Ｎを含む。使用されるΦ行列の列の選択は、Ｍ自体の値の選択がＳの推定値に依存することを除いて、ｘのいずれの知識も伴わない。よって、Φのどこの列が使用されるかは、Ψとは無関係であるが、使用されるΦの列の数は、ｆの性質の推定値に依存している。また、ｆのスパースネスは、図２６の時間ｔ１７で示されるように、ＤＬ伝送によって制御することができる。

基地局におけるｘの感知の成功のための必要な条件は、遠隔サンプラによって使用されるＭの値が、Ｓよりも大きく選択されなければならないことである。Ｓの知識の欠如は、基地局において推測し、その後に調整することによって克服することができる。例えば、Ｍは、Ｎの最大値から始まってもよく、基地局が帯域Ｂの活動レベルを習得するにつれて、Ｍをより低いが、依然として十分に高い値に偏移操作することができる。このようにして、相関ｙの計算、およびファイバ上での基地局への伝送の両方で、遠隔サンプラにおける電力消費を低く保つことができる。基地局は、帯域Ｂの中の信号のスパースネスを徹底的に評価するように、（遠隔サンプラへの命令を介して）Ｍを周期的に引き上げる場合がある。基地局は、どの列を使用するべきかに関してサンプラに指図することができ、またはサンプラがスケジュールに従って列を選択してもよく、またはサンプラが無作為に列を選択し、その選択に関して基地局に知らせてもよい。

感知は、有限サイズの集団の中の最近点を取得するために、推定値上を動作することを含む。集団は、点の集合を含む。例えば、集団の中の各点が、Ｎ個の入力を含有するベクトルと一意的に関連付けられ、各入力が値０または１のみを帯びることができる（一般的に、ベクトル入力は、ブール、実数、または複素数であってもよい）場合には、集団は、その中に２Ｎ個またはより少ない点を有する。

ＵＥ２２０６は、電源が入ると、その存在をシステムに知らせることを希望する。これを行うために、ＵＥは、存在警告信号２３１４を送信する。存在警告信号は、Ψ行列から列を選択し、それらを合計することによって構築される情報信号である。列の選択は、基地局オーバヘッド信号に影響され得る。例えば、基地局は、選択されるΨ列の一部分を特定してもよい。

基地局は、ＤＬオーバヘッドメッセージ２３１２を介して、まだ認識されていないＵＥが、１つの特定の列、例えば、ψ０を伝送することを要求することができる。これは、パイロットとしての役割を果たす。遠隔サンプラ２２１２は、インコヒーレントサンプリングに従って動作し、サンプルｙを基地局２２１６に送信する。次いで、基地局２２１６は、この信号を処理してψ０の存在を感知し、以前に認識されていないＵＥと遠隔サンプラとの間の複雑なフェージングチャネル利得α＾を推定し、次いで、例えば、ＥＳＮ（電子シリアル番号、大域的に一意の移動局識別子）の最後の２ビットを送信し始めるように、ψ０を送信していたあらゆるＵＥに命令する。「サンプリング」は、離散時点（周期的または非周期的）で、あらゆる瞬間に値を有するものから、入力に対応する離散シーケンスに信号を変更することを含む。

２つの異なる移動局からの伝送の間で衝突が発生した場合、後続のＵＬ試行を分離するために、アップリンク（ＵＬ）の標準Ａｌｏｈａランダムバックオフ技法が使用されてもよい。

遠隔サンプラ２２１２は、このプロトコル進展を認識しておらず、単純に、Φからの列で感知し、サンプルｙを基地局２２１６に送信し続ける。基地局２２１６は、特定の数量Ｍの感知列を使用するように、遠隔サンプラ２２１２に命令してもよい。基地局が、ＵＥからのより多くまたは少ない情報の流れを予測するため、この数量は変化してもよい。Ｎの最大値を有するＳが増加していることを基地局が予測する場合、Ｍを増加させるように遠隔サンプラに命令する（Ｍが帯びることができる最大値はＮである）。例えば、図２６において、認識メッセージは、Ｓの新しい値である、ＵＥによって使用されるＳ_３を含むことができ、同時に、基地局は、図中でＭ_３と呼ばれる、Ｍのより高い値を使用するように遠隔サンプラを構成することができる。図中、これらのイベントは、時間ｔ_１３、ｔ_１５、およびｔ_１６で発生する。ｔ_１７において、基地局は、スパースネスＳ_３を有するメッセージを予期し、そのメッセージが、Ｍの適切な値、具体的には、ここではＭ_３と呼ばれる値で、以前に感知されていることを予期する。一連のイベントが図示されているが、タイミングは、正確となるように意図されていない。制限内で、Ｍが増加させられるにつれて、Φが確定的（例えば、正弦関数）かつ複雑である場合、Ｍが限定的な値Ｎを呈する時に、遠隔サンプラの中のΦは、ＤＦＴ動作（おそらくＦＦＴとして実装される離散型フーリエ変換）になっている。シナリオ説明を続けると、いったん基地局が、システムにアクセスしようとする全てのＵＥのＥＳＮの一部分を有すると、基地局は、特定の部分ＥＳＮを伴う特定のＵＥに、希望であれば、遠慮なくその全ＥＳＮおよび要求リソースを伝送するように告げることができる。または、基地局は、ＵＥがこのシステム上にあるために適格であることを決定した後に、リソースを割り当ててもよい。

遠隔サンプラ／中枢部システムは、雑音環境内で、遠隔サンプラにおいて知的活動がほぼない状態で、情報信号伝達を行う。システムは、従来のＤＬを介したフィードバックの有益性を有する。リンク予算は、ＲＦエネルギー源、および受信機が信号を回復させようとする前に被る損失の全てを考慮する、無線システムの設計を含む。詳細については、［Ｃａｓ０４，ｐｐ．３９−４５，３８１］を参照されたい。我々の初期リンク予算計算は、３という再利用因数を達成することができ、０〜１０ｄＢの受信したＳＮＲを達成することができる場合に、ＵＥが、２０〜３０ｍの範囲において１０〜１００μワットの伝送電力で動作することが可能であってもよいことを示す。これらの数字は、有効数字がない「階数」型の数量である。存在信号の感知のために、通常は、１つより多くのサンプラが、ｆの雑音の多い異なる変種を受信することができ、共同感知を行うことができる。これは、ｆが１つの遠隔サンプラでしか可視的ではない場合よりも、Ｍが各サンプラにおいて低くなることを可能にする。したがって、各サンプラにおけるバッテリ消耗は、高密度にサンプラを配備することによって低減される。簡潔にするために、ｆの雑音変種は、ｇと呼ばれることもある。

「再利用」は、同じパターンが地理的に再び発生する前に、どれだけの非重複配備が無線帯域幅リソースでできているかを含む。

最悪の場合の設計について、ＵＥからの信号は、１つの遠隔サンプラにしか影響を及ぼさないことを仮定する。一般的に、屋内伝送について、２つの遠隔サンプラが、２から３の間の経路損失指数を伴って３０メートルの範囲内にあることを予期する。設計は、屋内伝送に限定されない。屋外では、範囲がより大きくなるが、経路損失指数は、より小さくなる傾向がある。感知の成功のために、１回の伝送を感知する確率は、１０％を上回るべきである（エラー機構が雑音によって誘発され、したがって、感知試行が独立的となることを推定する）。遠隔サンプラは、車両トラフィックをサポートするマクロセル、および歩行者または屋内オフィス通信トラフィックをサポートするマイクロセルで配備することができる。

次いで、具体的な実施例になると、以下のシナリオを作り出した。

１．チャネルは静的である（フェージングがない）。

２．雑音はＡＷＧＮである。

３．ＵＥ、遠隔サンプラ、および基地局は、いずれの種類のタイミング、周波数、または位相エラーも伴わずに、全てクロックに係止される。これらのような障害は、標準的方法で対処することができる［ＢＢ９９，Ｃｈ．５．８，Ｃｈ．９］。

４．１つのＵＥがある。

５．インコヒーレントサンプリングスキームは、ランダムペア（Ψ_ｒ、Φ_ｒ）または確定的ペア（Ψ_ｄ、Φ_ｄ）を使用し、いずれの場合でも、ソルバは、信号ｘ、ｆ、および雑音を除いて全てを知っている。

６．基地局は、Φの特定の一組のＭ列を使用するように、サンプラに命令している。

７．基地局は、伝送波形がＮ個の間隔またはチップから成ることをＵＥおよびサンプラに命令している。

図２７は、本明細書で説明される種々の側面による、遠隔サンプラ／中枢部セルラーアーキテクチャの一実施形態の説明図である。情報は、ｘ３２４０である。ｆ３２４２は、Ｓ−スパースであり、基地局は、他の部分で論議されるように、Ｓを推定している。遠隔サンプラ３２１２への入力は、ここではｇ３２４４と呼ばれることもある、ｆの雑音変種である。遠隔サンプラ３２１２は、Φの事前選択された列とのｇ３２４４のＭ関数を計算して、Ｍｘ１ベクトルｙ３２１５（式１）を産生する。ｙ３２１５は、光ファイバで基地局３２１６に伝えられる。

「推定」とは、ある意味で、ｘの真の値からの最小距離を示す有限の集合（実数等）からある数

を選択しようと試みることを含む、統計用語である。頻繁に使用される最小距離測度は、平均２乗誤差（ＭＳＥ）である。多くの推定器は、ＭＳＥ、すなわち期待値

を最小化するように設計されている。期待値等の統計的演算は、［Ｐｒｏ８３，Ｃｈ．１］に網羅されている。実践では、推定器から出力される数字はしばしば、固定小数点の値で表される。

実数については、ψ_ｐとのｇの相関または内積は、

として計算され、式中、ｇのｋ番目の要素は、ｇ（ｋ）と表される。

複素数については、相関は、

となり、式中、ｇ^＊は、複素共役を表す。

信号ｇのｌ２ノルムは、

であり、実数の式は同じであり、その場合、複素共役には効果がない。

基地局３２１６は、最初に、

３２４６と呼ばれるｘの推定値を産生し、次いで、

３２４８と呼ばれる厳格な決定を生じさせる。推定値３２４６は、線形プログラムを形成し、次いで、シンプレックスアルゴリズムを使用して、それを解くことによって産生される。アルゴリズムは、ベクトルｙ^＊を産生するＮｘ１ベクトルｘ^＊の実現のために、実行可能領域の境界を探索する。検索は、スパースネスに依存しない。ｌ_１最小化は、信号が疎であるため機能するが、ミニマイザは、スパースネスを活用しようとすることなく作用する。

よって、ｘ^＊の中のＮ個の入力は、概して、全て非ゼロである。ｙ^＊＝ｙを満たすｙ^＊を産生し、絶対値の最小和を有するｘ^＊は、

（式５）として選択される。

は、概して、ｘに等しくないため、Ｓ個の１およびＮ−Ｓ個のゼロから成る

に最も近いベクトル

を見出すように、厳しい決定が行われる。

線形プログラムは、一組の式と、おそらく、不等式とを含む。変数は、線形形態でしか現れない。例えば、ｘ１およびｘ２が変数であれば、形式ｘ^２の変数は現れない。

この量子化が、ｘの中で１つ以上の正しい非ゼロ入力を識別する確率は、シミュレーションが決定するように設計されているものである。「最も近い」の多くの定義がある。以下のように

を決定する。第１に、量子化器３２３０が、

の要素を等差階級的に順序付け、最初のＳ個の要素の指数を保持する（例えば、＋１．５は−２．１よりも大きい）。第２に、量子化器が

の全ての入力を論理０に設定する。第３に、量子化器が、保持された指数に等しい指数を有する

の要素を論理１に設定する。結果は、量子化器の出力である。

量子化３２３０は、種々の方法からＳを取得する。実施例は、（性能決定を制限するための）全知のｇｅｎｉｅ、または、基地局が、ＤＬを使用して移動局によって使用されるＳの値を固定していること、または、基地局が、（遠隔サンプラへの命令を介して）異なる値を試し、何らかのマクロ期間、例えば、１〜２秒の間に、ｆのスパースネスを決定することによって、周期的にＳ個を「スキャンする」こととなる。ＵＥが複数の試行を行うため、基地局には、Ｓ個の誤推定値を認識し、Ｓ個に使用している値を低減または増加させるように遠隔サンプラに命令する機会がある。Ｓ個をスキャンする十分に低い負荷サイクルにより、感知技法の電力節約側面が留保される。このようにして、遠隔サンプラの感知活動は、それに影響を及ぼす、信号のスパースネスを追跡する。したがって、遠隔サンプラは、一般的に、常にサンプリングしているが、システムが動作するために十分なバッテリ消耗のみがあり、それより多くのバッテリ消耗がない。具体的には、遠隔サンプラは、ＵＥが全く存在しない時には、長期間にわたってナイキスト測度でサンプリングしていない。

ｙ^＊は、［ＣＷ０８、ページ２４］からの表記である。

は、［ＣＷ０８］が、雑音によって破損される信号を扱っていないため、その参考文献からの表記ではない。推定値および感知された出力に対する

および

表記は、当業界で一般的に使用されており、例えば、［Ｐｒｏ８３、ページ３６４、図６．４．４「Ａｄａｐｔｉｖｅ ｚｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ ｅｑｕａｌｉｚｅｒ」］で見ることができる。

図２７は、コンピュータシミュレーションにおける機能的部品および信号を示す。使用される行列の性質が、表１で特定されている。列は、単位長さに正規化された。図２０および２１のこれらの行列の実施例を参照されたい。

確定的行列は、１度だけ生成され、再び生成された場合は変化しない。ランダム行列は、１度だけ生成される場合があり、または、ランダム行列は、数秒等のいくらかの時間後に再生されてもよい。また、ランダム行列は、それらが使用される度に再生されてもよい。何れの場合も、ソルバ３２２８は、任意の時にどのΨ行列をＵＥ３２０６が使用するか、およびどのΦ行列をサンプラ３２１２が使用するかを知らなければならない。これは、どの行列が使用されるかをソルバ３２２８が、決定付けなければいけないことを意味しない。ＵＥがシステム時間（ＤＬオーバヘッドを介して取得される時間）の擬似ランダム（「ｐｎ」）関数に従ってΨを変更している場合には、ソルバ３２２８は、Ψが何であったかを求めるために、同じｐｎ関数発生器を使用することができる。特に記述がない限り、この方向で挙げられる確率は、ランダム行列が一度生成され、全てのＳＮＲおよびこれらのＳＮＲにおける試験のために固定された場合に対するものである。

シミュレーションは、開発を容易にするように、実数に制限されているが、ここにおいて、それらの適用を実施に限定することは、スキームにおいて提示されていない。相関および線形プログラミング等の同じビルディングブロック技法を、典型的には複素数でモデル化されたシステムに適用することができる。これは、第１の行が［ａ-ｂ］であり、第２の行が［ｂ ａ］である、全実数２×２行列として、任意の複素数ａ＋ｊｂを書くことができるため、真である。

これは、スカラーまたは行列レベルで行われてもよい。したがって、任意の複雑な一組の式を、全実数セットとして作り直すことができる。

これらのシミュレーションにおいて、我々が期待している性能は、約１０％を超えるものである。唯一のランダムイベントは、雑音、信号、および行列生成であるため、多数の試験は必要とされない。データ点は、ほとんどの場合において、点につき１００回または２００回の試験を使用して収集された。試験の約０．５％で、我々のｌ１ソルバは、既存の解決法で終了しているはずであったときに、

の最適化を継続しようとした。これらのいくつかの試験は放棄された。たとえ成功または失敗として含まれても、約１０％を上回る性能を期待しているため、結果への影響はごくわずかとなる。

表３からのデータが、図１４でプロットされている。Ｓは、ｘの中の非ゼロ入力の数であり、図１４で「パルス」と呼ばれる。イベント「ｊ＝１ヒット」は、感知器がｘの中の正確に１つの非ゼロ入力を正しく感知したことを意味する。Ｓ＝１である場合、それは、感知器が行うことができる上限である。イベント「ｊ＝２ヒット」は、感知器がｘの中の正確に２つの非ゼロ入力を正しく感知したことを意味する。

また、Ｍ＝３、Ｎ＝１０、およびＳ＝１を用いてシミュレーションを行った（以下で論議される図１７を参照されたい）。

図１５、１６、および１７は、Ｍ、Ｎ、Ｓ、ＳＮＲ、および行列に対する性質の種々の組み合わせの感知性能を挙げる。これらのプロットのそれぞれで、ｊは、ｌ１ミニマイザおよび量子化器の組み合わせによって正しく決定されるｘの中の非ゼロ入力の数である（図２５）。

システム設計について、重要な確率は、感知器が１つの観察においてメッセージを完全に正しく理解する確率である。システムは、複数の伝送を使用すると仮定され、そのそれぞれは、雑音のような制御されていない効果に関して独立する。その場合、Ｃ個以下の伝送の中の存在信号を感知する確率は、１−Ｐｒ（Ｍｉｓｓ）Ｃである。Ｍｉｓｓは、イベントｊ＝０またはイベントｊ＜Ｓとして定義することができる。Ｓ＝１であり、ランダム行列を伴う時に、イベントｊ＝Ｓは、０ｄＢを下回るＳＮＲでは１０％よりも大きい確率で、約３ｄＢのＳＮＲではＳ＝２で発生する。９０％点は、図１５で見られるように、それぞれ約１２および１７ｄＢである。性能は、図１６で見られるように、確定的行列およびＳ＝１に対して、より良好である。

スパースネス条件（Ｍ＞＞Ｓ真ではない）が弱い時に感知器がどのように稼働するかを見るために、Ｓ＝１およびＭ＝３を使用して、図１７に示されたデータを生成した。ランダムおよび確定的構成の両方は、低ＳＮＲで感知することができるが、ランダム構成は、９０％点に達するよりもむしろ、７０％付近で飽和する。ランダム構成の性能は、Ｍ＝５、Ｎ＝１０に対しての性能よりもわずかに不良である（例えば、ＳＮＲ＝１０ｄＢではＰｒ｛感知｝＝０．５５であるが、Ｍ＝５では、この確率は０．７１である）。高ＳＮＲでは、確率は、図１７の確定的事例については１に接近する。

したがって、ＭおよびＳＮＲが増加するとともに、１００％信頼性のある確実な回復である、Ｃａｎｄｅｓ雑音がない結果に近づくことが分かる。しかしながら、低いＭおよび雑音の多い信号について、ソルバは、ｘに等しくない

を生じることもある。重要な質的特性は、劣化が確定的構成に対して段階的であることである。雑音における閾値効果は、Ｍ＞＞Ｓではない限り、ランダム構成で存在してもよい。図１７において、Ｍ＝３Ｓであるが、他の図の全てにおいて、Ｓ＝１に対してＭ≧５Ｓである。

インコヒーレントサンプリング方法の目立った特性は、インコヒーレンスである。ほとんどの感知器は、どれが受信した波形に合致するかを知るように、多くの波形候補を試行しようとし、次いで、伝送された波形の単位元または指数を決定するために、何らかの種類の「最大を選択する」機能を使用する。局所複製は、伝送された波形と同じ単位元を有する波形である。インコヒーレントサンプリングにおいて、唯一の要件は、ΨおよびΦが最大でも弱く関係付けられることである。これは、多種多様な感知行列（Φ）を任意のΨに使用できることを意味する。ランダムな事例について、伝送毎に両方の行列を変化させる効果を探索した。これに対する結果が、図１８および１９に示されている。これから、高いＳＮＲでさえも、性能のなんらかの変動に留意した。これは、不良な自己相関性を伴う「不良な」行列の生成によるものであるという憶測を確認した。Ψについては、いずれか２つの相関列上のｘの値を区別するための支援を低減し、Φについては、Φの２つの相関列から、寄与候補を区別するソルバの能力を低減するため、いずれか一方の行列内の高相関が、推定能力を弱める。高ＳＮＲで、これらの変動の機構を局所化するために、いずれか２つの列が閾値よりも大きい相関の大きさを有した、Φ行列を拒絶した。プロットにおいて、閾値は０．１である。研究は、他の閾値で行われた。０．４の閾値には、効果がほとんどない。我々がこれから習得したことは、性能に対する実際のΦ行列の影響の広い変動があることである。別の言い方をすれば、感知したくない「不良な」Φ行列がある。性能は、行列の分布に関するランダム変数である。これは、機能停止の確率を定義でることを意味する。具体的には、機能停止の確率は、感知の確率が確率閾値を下回る確率である。例えば、システムは、感知の平均確率が４０％よりも大きいだけでなく、感知の確率が１０％未満になる確率が１％未満であるように、設計することができる。機能停止の確率を低減するために、「不良な」行列の数を低減することができる。これを行うための１つの方法は、Φ行列における相関を制約することである。特に、Ｓが増加するにつれて、Ψ行列を制約することも有益となる。

無線によって、ロバストな高帯域幅リアルタイムサービスおよび高ユーザ密度を提供するために、分散アンテナおよび無線信号の中央処理に基づいて、アーキテクチャを作成した。我々は、該システムを遠隔変換または遠隔サンプリングと呼ぶ。移動局は、単純な低電力デバイスであり、インフラストラクチャコアは、スーパーコンピュータ様であり、基地局は、冗長で多量の安価な無線センサによって移動局に結び付けられる。図２８は、我々がここで提案しているセルラーネットワークの略図である。それは、概して、１つよりも多くがモバイル加入者（ＭＳ）デバイス２２０６の範囲内にあるように、多数で配備される一連の単純センサ２７１２を示す。これらのセンサはまた、このプロジェクトにおいて、遠隔サンプラまたは遠隔変換デバイスと呼ばれてもよい。センサは、１０メートルから数百メートルの範囲で分離することができる。センサに必要とされる電力、センサを配備する容易性、およびシステムで必要とされる容量の間に、配備トレードオフがある。ＵＥは、携帯電話で典型的であるよりもはるかに高い周波数帯域を使用してもよい。

センサには、中央基地局２７１６への光ファイババックホール２７１４が提供される。バックホールはまた、同軸ケーブル等の別の媒体によって提供することもできる。情報を伝達し、渡す配備において、いくつかの基地局があってもよい。センサは、ＲＦフロントエンドに取り付けられる１つ以上のアンテナと、安価となるように設計されているベースバンド処理とを有する。１つのアンテナを伴うセンサは、アレイとして使用することができ、かつＭＩＭＯエアインターフェースに作ることができる。

ビーム形成されたエアインターフェースは、ＭＳが低電力で伝送することを可能にする。ＭＳと基地局との間で使用される上位層プロトコルは、標準セルラーネットワークからのものとなり得る（例えば、ＬＴＥ）。低電力および短距離を専門とする上位層プロトコル（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）は、ＭＳと基地局との間の通信の代替モデルである。センサにおけるスタックは、第１（物理）層のほんの一部のみを含む。これは、費用およびバッテリ電力消費を低減するものである。おそらく、センサは、ＡＣ（米国において１１０Ｖ電力線）によって電力供給される。リアルタイム用途に対処するための低往復時間ハイブリッドＡＲＱ再伝送技法を使用することができ、ＡＲＱに対処する第２層要素は、センサの中にはないが、むしろＢＳまたは中枢部の中にある。革新領域では、センサが短距離で受信される高帯域幅移動信号を圧縮し、インフラストラクチャが高速で物理層計算を行う、完全に新しい接続形態が挙げられる。

１．基地局とセンサとの間の命令、通信プロトコル、およびハードウェアインターフェース
ａ．遠隔変換命令
ｂ．発振器帰還命令
ｃ．ビーム操作（位相サンプリング）命令
２．ＭＳとＢＳまたは中枢部との間の通信プロトコルおよびハードウェアインターフェース
ａ．リアルタイムサービスをサポートすることができる、ＭＳとＢＳとの間の高帯域幅ＭＡＣハイブリッドＡＲＱリンク
３．ＭＳと中央プロセッサ／中枢部との間の通信プロトコルおよび処理技法
ａ．センサからの積極的な協力を伴わずに稼働する、存在信号伝達コード
ｂ．この新しい接続形態およびチャネル知識の混合物のための時空コード
ｃ．移動局登録およびリアルタイム伝送のためのファウンテンコード
ｄ．大型アレイ信号処理技法
ｅ．より高い周波数の伝送帯域を利用する、信号処理技法
４．基地局は、以下を含む活動をサポートする。

ａ．システムオーバヘッド情報の伝送
ｂ．１つ以上のセンサの範囲による移動局の存在の感知
ｃ．基地局と移動局との間の双方向リアルタイム通信
このメモは、携帯電話アーキテクチャで使用されるセンサまたはサンプラに対処する。これらのセンサは、基地局よりも安価であり、高帯域幅、例えば、帯域幅ＢのＲＦ信号をサンプリングする。圧縮信号は、ファイバ上で基地局に送信される。センサはしばしば、ナイキストサンプリングを行わない。これは、いくつかの理由で行われる。１つは、高速でのサンプリングが、より多くのエネルギーを消費することである。我々は、低電力センサ技術を提供することを目標としている。単一センサの損失を容易に克服することができるように、冗長性がシステムの中へ設計されることが見込まれる。多くの重要な信号について、存在している信号の低誤差再構築を基地局で行うことができる。センサは、直接シーケンス逆拡散器またはＦＦＴデバイスを装備することができる。センサは、復調決定を行わない。逆拡散器で使用される直接シーケンスコード、または逆拡散器のサブチップタイミングあるいはＦＦＴで使用されるビンの数、またはＦＦＴがセンサによって適用されるスペクトル帯域は、基地局が命令を通してセンサに伝えるものである。一実施形態において、これらの命令は、１ｍｓ間隔で着信し、センサは、命令を受信する０．１ｍｓ未満以内にサンプリングまたは変換を調整する。構造の目的で、移動局は、１〜５ｍｓの持続時間の情報パケットまたはフレームを伝送および受信すると仮定する。形式は、回路様または非回路様であってもよい。システムオーバヘッド情報は、ゲーム理論に従って、良好な協力的挙動を移動局に実践させ、コピーさせる、案内および同期化情報を含んでもよい。また、あり得る無線ＷＡＮに関してＭＳが知る必要のある重要な情報が提供されてもよい。このサブ通信ネットワーク内で全ての通信を保ち、外部ネットワークを監視しなくてもよいことによって、バッテリ電力を節約することができる。移動局は、低電力でメッセージを伝送する。センサは、無線チャネルをサンプリングする。この提案でのセンサは、サンプルを圧縮する。現提案での圧縮サンプルは、ファイバチャネル上で基地局に送信される。基地局は、多くの第１層活動（復調、復号）、第２層活動（パケットナンバリング、ＡＲＱ）、および信号伝達活動（登録、チャネル割当、ハンドオフ）に関与する。基地局の計算能力は高い。基地局は、従来のシステムにおいてオフラインでしかシミュレートされなかった式系をリアルタイムで解くために、この計算能力を使用してもよい。基地局は、１ｍｓ間隔でリンク適応策略を決定するために、チャネルの知識（移動局アンテナ相関行列、移動局を考慮したセンサの数）を使用することができる。これらの策略は、最適な時空多重化利得／多様性利得のトレードオフ点において動作することを含む。また、複数の基地局は、相互にほぼ即時通信することができ、単純移動局においてひずみのない波形を生じるように合計する（ダーティペーパー符号化）伝送波形を最適に設計することができる。移動局から外部アプリンクエネルギーを受信する他の基地局は、時折、そうでなければ消去された１ｍｓフレーム間隔を固着基地局に供給する。図２９は、提案されたシステムの別の概略図を示す。この提案でのセンサ２７１２は、第１副層活動、すなわち、サンプルレベルでの圧縮のみに関与する。この提案での基地局２７１６は、多重アクセスコード１６（これはＤＳコードまたはＯＦＤＭコードとなる場合がある）を使用して圧縮する等の命令をセンサに送信してもよい。基地局は、シータ位相で２倍速サンプリングを行う等の命令を送信してもよい。言い換えれば、センサは、タフィーの隅を引っ張り、細い接続ストランドを作成するように、従来の基地局からのＡ／Ｄ経路から引き離した遠隔デバイスである。タフィストランドは、センサから基地局へのファイバチャネルの暗喩である。基地局は、圧縮データ中のＭＳ信号の存在を感知するために、非常に高い利用可能な計算能力を使用する。次いで、この提案での基地局は、ＭＳ信号（たとえセンサが命令の有用性を認識していなくても、圧縮データをＭＳ信号で満たす、タイミング、周波数、符号化の詳細）を十分に捕捉するサンプリングおよび圧縮技法を使用するようにセンサに命令することによって、感知されたＭＳに応答する。この提案でのＭＳは、少なくとも呼出し確立のために、ファウンテンコードで伝送してもよい。非常に高い帯域幅の低い電力リンクについて、移動局は、ファウンテンコードを使用して、リアルタイム音声を伝送してもよい。パケット伝送速度は、約１〜５ｍｓの期間を有するべきである。センサは、主に意思決定デバイスではなく、局所的に適応せず、センサ制御は、基地局からである。センサは、空間中で密に配備され、すなわち、少なくとも１００ｍ×１００ｍ毎に１つ、おそらく１０ｍ×１０ｍ毎に１つ配備される。センサは、ＤＬ伝送をサポートしてもしなくてもよい。ＤＬは、セクタ化により、従来の基地局タワーから運ばれる場合がある。そのようなタワーの密度は、少なくとも１０００ｍ×１０００ｍ毎に１つ（建築物配備）、おそらく３００ｍ×３００ｍ毎に１つ（街灯配備）となる。

低費用無線の実施例は、Ｋａｕｋｏｖｕｏｒｉ［ＫＪＲ＋０６］で挙げられ、別の実施例は、Ｅｎｚ［ＥＳＹ０５］で挙げられている。

遠隔アンテナを基地局に接続するためにファイバを使用することは、Ｃｈｕ［ＣＧ９１］によって提案され、試験された。

ＱＸ９７７５のような現在のＩｎｔｅｌプロセッサは、１ＧＨｚを超えるクロック速度で、１ＧＨｚを超えるバススピードで、および１ＭＢを超えるキャッシュで実行する。ムーアの法則によれば、トランジスタ密度は、２０１５年までに現在の値の８倍に達するであろう。典型的なクロック速度時間ゲートカウント推論に基づいて、処理能力の約１０倍が２０１５年には単一プロセッサで利用可能になると見込むことができる。したがって、１ｍｓでは、１千万のＣＩＳＣ命令を実行することができる。１つのマイクロプロセッサは、リアルタイムで１０個のセンサの物理層適応を指図する。ｈｔｔｐ：／／ｃｏｍｐａｒｅ．ｉｎｔｅｌ．ｃｏｍ／ｐｃｃ／
ＭＩＭＯ多重化／多様性トレードオフへの制限は、Ｚｈｅｎｇ ａｎｄ Ｔｓｅ，２Ｌ．Ｚｈｅｎｇ ａｎｄ Ｄ．Ｔｓｅ，“Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：Ａ Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ Ｔｒａｄｅｏｆｆ ｉｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ａｎｔｅｎｎａ Ｃｈａｎｎｅｌｓ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｆｏ．Ｔｈｅｏｒｙ，Ｍａｙ ２００３，ｐｐ．１０７３−１０９６”によって導出された。

ダーティペーパー符号化の現在の概念は、例えば、Ｎｇ，“Ｃ．Ｎｇ，ａｎｄ Ａ．Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ，Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ Ａｄ−Ｈｏｃ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ：Ｄｏｅｓ Ｄｉｒｔｙ−Ｐａｐｅｒ Ｃｏｄｉｎｇ Ｂｅａｔ Ｒｅｌａｙｉｎｇ？，ＩＥＥＥ ＩＴＷ ２００４，ｐｐ．２７７−２８２”で論議されている。

自己中心的なユーザに協力するように告げることは、例えば、Ｈａｌｅｓ，“Ｄ．Ｈａｌｅｓ，Ｆｒｏｍ Ｓｅｌｆｉｓｈ Ｎｏｄｅｓ ｔｏ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ Ｅｍｅｒｇｅｎｔ Ｌｉｎｋ−ｂａｓｅｄ ｉｎｃｅｎｔｉｖｅｓ ｉｎ Ｐｅｅｒ−ｔｏ−Ｐｅｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，ＩＥＥＥ Ｐｅｅｒ−ｔｏ−Ｐｅｅｒ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，２００４”で論議されている。

巧妙に冗長な伝送を受信する複数のノードの概念は、Ｋｏｋａｌｊ−Ｆｉｌｉｐｏｖｉｃ，“Ａ．Ｋｏｋａｌｊ−Ｆｉｌｉｐｏｖｉｃ，Ｐ．Ｓｐａｓｏｊｅｖｉｃ，Ｒ．Ｙａｔｅｓ ａｎｄ Ｅ．Ｓｏｌｊａｎｉｎ，Ｄｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ Ｆｏｕｎｔａｉｎ Ｃｏｄｅｓ ｆｏｒ Ｍｉｎｉｍｕｍ−Ｄｅｌａｙ Ｄａｔａ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，ＣＩＳＳ ２００８，ｐｐ．５４５−５５０”で論議されている。

これらの表および図から、質的設計規則を満たしながら、存在信号を設計し、遠隔サンプラで感知することが可能になっていると結論付ける。具体的には、２つの組み合わせΨおよびΦは、信号処理をほとんど伴わず、かつ意思決定を全く伴わずに、遠隔サンプラにおいて存在信号の感知を可能にすることが示されている。存在信号は、Ψ行列からの列の和であることを思い出されたい。ｘの中のＳ＝１またはＳ＝２である非ゼロ入力を伴う存在信号を感知する確率は、０〜１０ｄＢの範囲内のＳＮＲにとって十分に高い。これは、信号が３次元基礎を十分に用いるという従来の仮定が行われている時に、遠隔サンプラが、観察された信号の従来の変換に必要とされるよりも少ないサンプルを基地局に伝送するという制約の下で達成される。この利得は、伝送された信号が疎になり、遠隔サンプラが単純になり、基地局が知的になり、かつ移動局への別個に設計された（遠隔サンプラと同一の場所に位置しない）ダウンリンク接続を装備するように、意図的に設計することによって、もたらされている。

（参考文献：）
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［Ｐｒｏ８３］ Ｊｏｈｎ Ｇ．Ｐｒｏａｋｉｓ．Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ．ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ｆｉｒｓｔ ｅｄｉｔｉｏｎ，１９８３．
［ＴＧＳ０５］ Ｊ．Ａ．Ｔｒｏｐｐ，Ａ．Ｃ．Ｇｉｌｂｅｒｔ，ａｎｄ Ｍ．Ｊ．Ｓｔｒａｕｓｓ．Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｓｐａｒｓｅ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ ｖｉａ ｇｒｅｅｄｙ ｐｕｒｓｕｉｔ．ＩＥＥＥ ＩＣＡＳＳＰ，ｐａｇｅｓ Ｖ７２１−Ｖ７２４，２００５．
例示的な実施形態を示し、説明したが、本明細書で説明される方法、デバイス、およびシステムのさらなる適応が、本開示の範囲から逸脱することなく、当業者によって適切な修正により達成されてもよい。そのような潜在的な修正のうちのいくつかが記述されており、その他は、当業者にとって明白となるであろう。例えば、上記で論議されるような模範、実施形態、および同等物は、例示的であり、必ずしも必要とされるわけではない。したがって、本開示の範囲は、以下の請求項に関して考慮されるべきであり、本明細書および図面で示され、説明される、構造、動作、および機能の詳細に限定されないと理解される。

上記で説明されたように、説明された開示は以下で説明される側面を含む。

Claims (6)

1. 信号をサンプリングする方法であって、該方法は
   無線チャネルを介して、ベクトルの集合のＳ−スパース組み合わせに基づいてユーザ機器伝送を受信することと、
   該受信された伝送をダウンコンバートし、離散化することにより、離散化信号を生成することと、
   該離散化信号を感知波形の集合と相関させることにより、サンプルの集合を生成することであって、該集合の中のサンプルの総数は、該集合の中の感知波形の総数に等しく、該感知波形の集合は、該ベクトルの集合に合致せず、該感知波形の集合の中の該感知波形の総数は、該ベクトルの集合の中のベクトルの総数よりも少ない、ことと、
   該サンプルの集合のうちの少なくとも１つのサンプルを遠隔中央プロセッサに伝送することと
   を含む、方法。
2. 前記ベクトルの集合は、スパース表現行列の行およびスパース表現行列の列から成るリストから選択される少なくとも１つの集合を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記遠隔中央プロセッサからの命令の受信に応答して、感知波形の新しい集合を選択することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記遠隔中央プロセッサからの命令の受信に応答して、タイミング基準を調整することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記遠隔中央プロセッサからの命令の受信に応答して、感知波形の数を変更することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記ベクトルの集合および前記感知波形の集合は、該ベクトルの集合におけるベクトルの大きさの平方根の関数であるコヒーレンス値を有する、請求項１に記載の方法。

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