專利名稱：使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開通常涉及無線通信系統(tǒng)，并且更具體地，涉及用于在基于傳感器的無線通信系統(tǒng)中使用壓縮采樣的方法、設(shè)備和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無線通信系統(tǒng)被廣泛地部署來提供例如各種語音和數(shù)據(jù)相關(guān)業(yè)務(wù)。典型的無線通信系統(tǒng)包括允許用戶共享公共網(wǎng)絡(luò)資源的多址接入通信網(wǎng)絡(luò)。這些網(wǎng)絡(luò)的示例是時分多址(“TDMA”)系統(tǒng)、碼分多址(“CDMA”)系統(tǒng)、單載波頻分多址(“SC-FDMA”)系統(tǒng)、正交頻分多址(“0FDMA”)系統(tǒng)或其他類似系統(tǒng)。利用各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來支持OFDMA系統(tǒng)，比如演進通用陸地?zé)o線接入(“E-UTRA”)、Wi-Fi、全球微波接入互操作性(“WiMAX”)、超移動寬帶(“UMB”)、以及其他類似系統(tǒng)。此外，利用各種標(biāo)準(zhǔn)組織(比如第三代合作伙伴計劃 (“3GPP”)和3GPP2)開發(fā)的規(guī)范來描述這些系統(tǒng)的實現(xiàn)。隨著無線通信系統(tǒng)的演進，引入了提供增強特征、功能和性能的更高級的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。這種高級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備還可以稱作長期演進(“LTE”)設(shè)備或長期演進高級(“LTE-A”) 設(shè)備。LTE構(gòu)建在高速分組接入(“HSPA”)的成功之上，所述高速分組接入具有更高的平均和峰值數(shù)據(jù)吞吐速率、更低的延遲和更好的用戶體驗，特別是在高需求地理區(qū)域中。LTE 通過使用更寬的頻譜帶寬、OFDMA和SC-FDMA空中接口以及高級天線方法，實現(xiàn)了該更高的性能?？梢允褂脝屋斎雴屋敵鱿到y(tǒng)(“SIS0”)、單輸入多輸出系統(tǒng)(“SIM0”)以及多輸入多輸出系統(tǒng)(“ΜΙΜΟ”)建立用戶設(shè)備和基站之間的通信，其中，在所述SISO系統(tǒng)中，僅僅一根天線同時用于接收機和發(fā)射機；在所述SIMO系統(tǒng)中，在接收機處使用多根天線，且在發(fā)射機處僅僅使用一根天線；在所述MIMO系統(tǒng)中，在接收機和發(fā)射機處都使用多根天線。 與SISO系統(tǒng)相比，如果使用多根發(fā)送天線、多根接收天線或者二者，則SIMO可以提供增加的覆蓋范圍，MIMO系統(tǒng)可以提供增加的頻譜效率和更高的數(shù)據(jù)吞吐量。在這些無線通信系統(tǒng)中，噪聲中的信號檢測和估計是普遍的。采樣定理提供了將連續(xù)時間信號轉(zhuǎn)換為離散時間信號的能力，從而允許對信號檢測和估計算法進行高效且有效的實現(xiàn)。眾所周知的采樣定理通常稱作aiarmon定理，并且提供了與頻率帶寬相關(guān)的必要條件，以允許對任意信號的精確恢復(fù)。所述必要條件是必須以信號的最大頻率的最少兩倍對該信號進行采樣，該采樣速率也被定義為Nyquist速率。Nyquist速率采樣具有以下缺陷要求昂貴的高質(zhì)量的組件，該組件要求大量的功率和成本來支持在大頻率處的采樣。此夕卜，Nyquist速率采樣根據(jù)信號的最大頻率改變，且不要求該信號的任何其他屬性的知識。為了避免這些困難中的部分困難，壓縮采樣提供了用于信號感測和壓縮的新框架，其中，利用輸入信號的特定屬性“稀疏性”來減少可靠地表示信號同時不損失期望信息所需要的值的數(shù)目。


為了方便本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本公開的理解以及將其付諸實現(xiàn)，現(xiàn)在對參照附圖所說明的示例實施例進行引用。在全部附圖中，相似的引用標(biāo)號指代相同或功能上相似的單元。根據(jù)本公開，附圖以及具體實施方式
被并入說明書中，構(gòu)成說明書的一部分，并且用于進一步例示示例實施例以及說明各種原理和優(yōu)點，在附圖中圖1例示了根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)的一個實施例。圖2例示了根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)的另一個實施例。圖3例示了根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)的另一個實施例。圖4例示了根據(jù)本文闡述的各個方面的壓縮采樣系統(tǒng)的一個實施例。圖5是根據(jù)本文闡述的各個方面的壓縮采樣方法的一個實施例的流程圖。圖6例示了根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)的另一個實施例。圖7例示了根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)中的接入方法的一個實施例。圖8例示了根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)的另一個實施例。圖9例示了根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)中的檢測器的量化方法的一個實施例。圖10是例示在根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)中所使用的稀疏表示矩陣和感測矩陣的類型的示例的圖表。圖11例示了可以在根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)中使用的無線設(shè)備的一個實施例。圖12例示了可以在根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)中使用的傳感器的一個實施例。圖13例示了可以在根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)中使用的基站的一個實施例。圖14例示了在根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)中檢測無線設(shè)備的一個實施例的仿真結(jié)果。圖15例示了根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)的一個實施例的性能的仿真結(jié)果。圖16例示了根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)的一個實施例的性能的仿真結(jié)果。圖17例示了根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)的一個實施例的性能的仿真結(jié)果。圖18例示了根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)的一個實施例的性能的仿真結(jié)果。圖19例示了根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)的一個實施例的性能的仿真結(jié)果。圖20是在根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)的一個實施例中使用的確定性矩陣的示例。圖21是在根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)的一個實施例中使用的隨機矩陣的示例。圖22例示了無噪聲環(huán)境中的非相干采樣系統(tǒng)的示例。圖23例示了根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)的另一個實施例。圖M例示了現(xiàn)有技術(shù)無損采樣系統(tǒng)的示例。圖25例示了根據(jù)本文闡述的各個方面的在嘈雜的環(huán)境中使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)的另一個實施例。圖沈例示了根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)中的接入方法的另一個實施例。圖27例示了根據(jù)本文闡述的各個方面的在嘈雜的環(huán)境中使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)的另一個實施例。圖觀示出了根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)的另一個實施例。圖四示出了根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)的另一個實施例。圖30示出了提出的根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)的目標(biāo)操作區(qū)域。圖31示出了根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)的另一實施例。圖32示出了根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)的頻域采樣的實施例。圖33是根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)的遠(yuǎn)程采樣器的框圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白的是，為了說明清楚、簡單，且進一步幫助增強對實施例的理解，對附圖中的單元進行例示，但這些單元不必按照比例繪制。
具體實施例方式盡管下面公開了用于在基于傳感器的無線通信系統(tǒng)中使用的示例方法、設(shè)備和系統(tǒng)，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，無論如何不應(yīng)將本公開的教導(dǎo)限制為所示示例。相反，預(yù)期可以在替換配置和環(huán)境中實現(xiàn)本公開的教導(dǎo)。例如，盡管結(jié)合前述的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)的配置來描述本文所述的示例方法、設(shè)備和系統(tǒng)，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易認(rèn)識到可以在其他系統(tǒng)中使用該示例方法、設(shè)備和系統(tǒng)，且該示例方法、設(shè)備和系統(tǒng)可以被配置為按照需要對應(yīng)于這些其他系統(tǒng)。相應(yīng)地，盡管下面描述了在基于傳感器的無線通信系統(tǒng)中使用的示例方法、設(shè)備和系統(tǒng)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明白的是，所公開的示例不是實現(xiàn)這種方法、設(shè)備和系統(tǒng)的唯一方式，且附圖和描述應(yīng)該被認(rèn)為在本質(zhì)上是說明性的而非限制性的。本文所述的各種技術(shù)可以用于各種基于傳感器的無線通信系統(tǒng)。本文所述的各個方面被呈現(xiàn)為可以包括多個組件、單元、成員、模塊、節(jié)點、外圍設(shè)備等等的方法、設(shè)備和系統(tǒng)。此外，這些方法、設(shè)備和系統(tǒng)可以包括或可以不包括附加組件、單元、成員、模塊、節(jié)點、外圍設(shè)備等等。此外，可以以硬件、固件、軟件或它們的任何組合來實現(xiàn)本文所述的各個方面。重要的是注意到術(shù)語“網(wǎng)絡(luò)”和“系統(tǒng)”可以互換使用。本文所述的關(guān)系術(shù)語，比如 “在...之上”和“在...之下”、“左”和“右”、“第一”和“第二”等等可以僅僅用于將一個實體或動作與另一個實體或動作區(qū)分開，而不必要求或暗示這些實體或動作之間的任何實際的這種關(guān)系或順序。術(shù)語“或”意在意味著包含性的“或”，而不是排他性的“或”。此外， 術(shù)語“a”和“an”意在意味著一個或多個，除非另行指定或者根據(jù)上下文可以清楚地是旨在單數(shù)形式。所述無線通信系統(tǒng)可以包括多個用戶設(shè)備和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。該基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括該無線通信系統(tǒng)中的不是用戶設(shè)備的部分，比如傳感器、基站、核心網(wǎng)、下行鏈路發(fā)射機、其他單元和單元的組合。所述核心網(wǎng)可以接入其他網(wǎng)絡(luò)。所述核心網(wǎng)(也被稱作中央腦(central brain)或遠(yuǎn)程中央處理器)可以包括高功率基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)組件，其可以以可接受的財政成本， 高速率地執(zhí)行計算強度大的功能。所述核心網(wǎng)可以包括基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)單元，該基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)單元可以與基站通信，從而使得物理層功能也可以由所述核心網(wǎng)執(zhí)行。所述基站可以向下行鏈路發(fā)射機傳送控制信息，以克服例如與信道衰落相關(guān)聯(lián)的通信障礙。信道衰落包括射頻 (“RF”)信號可以被如何從很多反射體彈開，以及所得到的反射和的屬性。所述核心網(wǎng)和基站可以是例如相同的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)單元；共享相同基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)單元的一部分；或者是不同的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)單元?；究梢苑Q作節(jié)點B( “NodeB”)、基站收發(fā)站(“BTS”)、接入點(“AP”)、衛(wèi)星、 路由器、或某個其他等價的技術(shù)?；究梢园琑F發(fā)射機、RF接收機或兩者，它們與天線耦合以能夠與用戶設(shè)備進行通信。傳感器可以稱作遠(yuǎn)程采樣器、遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換設(shè)備、遠(yuǎn)程傳感器或其他類似術(shù)語。傳感器可以包括例如天線、接收單元、采樣器、控制器、存儲器和發(fā)射機。傳感器可以與例如基站交互。此外，傳感器可以部署在包括核心網(wǎng)的無線通信系統(tǒng)中，該核心網(wǎng)可以接入另一個網(wǎng)絡(luò)。無線通信系統(tǒng)中使用的用戶設(shè)備可以稱作移動站(“MS”)、終端、蜂窩電話、蜂窩手機、個人數(shù)字助理(“PDA”)、智能電話、手持計算機、臺式計算機、膝上型計算機、平板計算機、上網(wǎng)本、打印機、機頂盒、電視機、無線裝置、或某種其他等價技術(shù)。用戶設(shè)備可以包含 RF發(fā)射機、RF接收機、或二者，它們與天線耦合以與基站進行通信。此外，用戶設(shè)備可以是固定的或移動的，且可以具有在無線通信系統(tǒng)中移動的能力。此外，上行鏈路通信指代從用戶設(shè)備到基站、傳感器或二者的通信。下行鏈路通信指代從基站、下行鏈路發(fā)射機或二者到用戶設(shè)備的通信。圖1例示了根據(jù)本文所述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)100的一個實施例。在該實施例中，系統(tǒng)100可以提供支持高用戶密度的魯棒高帶寬實時無線通信。系統(tǒng)100可以包括用戶設(shè)備106、傳感器110至113、基站102、核心網(wǎng)103 和其他網(wǎng)絡(luò)104。用戶設(shè)備106可以是例如低成本低功率設(shè)備?；?02可以使用例如多個低成本低功率傳感器110至113與用戶設(shè)備106通信。在圖1中，系統(tǒng)100包含與基站102耦合的的傳感器110至113，用于從用戶設(shè)備 106接收通信?；?02可以與核心網(wǎng)103耦合，核心網(wǎng)103可以接入其他網(wǎng)絡(luò)104。在一個實施例中，傳感器110至113可以間隔例如大約10米到幾百米。在另一個實施例中，可以使用單一傳感器110至113。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明白的是，在部署基于傳感器的無線通信系統(tǒng)時，在傳感器的功耗、部署成本、系統(tǒng)容量、其他因素以及組合因素之間存在平衡。 例如，隨著傳感器110至113的間隔變得更加接近，傳感器110至113的功耗可能減少，同時部署成本和系統(tǒng)容量可能增加。此外，當(dāng)與傳感器110至113接近時，用戶設(shè)備106可以使用與底層無線網(wǎng)絡(luò)所使用的頻段不同的RF頻段來操作。在當(dāng)前實施例中，傳感器110至113可以分別使用通信鏈路114至117與基站102 耦合，通信鏈路114至117可以支持例如光纖線纜纜連接、同軸電纜連接、其他連接或它們的任意組合。此外，多個基站102可以在彼此之間傳送基于傳感器的信息，以支持各種功能。利用例如天線、RF前端、基帶電路、接口電路、控制器、存儲器、其他單元或單元的組合， 可以將傳感器110至113設(shè)計為低成本。多個傳感器110至113可以用于支持例如天線陣列操作、SIMO操作、MIMO操作、波束成形操作、其它操作或操作的組合。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，前述操作可以允許用戶設(shè)備106以較低功率電平發(fā)送，從而導(dǎo)致例如較低的功耗。在系統(tǒng)100中，用戶設(shè)備106和基站102可以使用例如網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進行通信。所述網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可以是例如蜂窩網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、Bluetooth協(xié)議、無線局域環(huán)路(“WLAN”)協(xié)議或任何其他協(xié)議或協(xié)議的組合。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，蜂窩網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可以是在諸如LTE、 UMTS、GSM和其他的系統(tǒng)中使用的很多標(biāo)準(zhǔn)化的蜂窩網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的任意一個。傳感器110至 113所執(zhí)行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的部分可以包括例如物理層功能的一部分。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，傳感器110至113所執(zhí)行的縮減功能可以導(dǎo)致更低的成本、更小的尺寸、降低的功耗、其他優(yōu)點或優(yōu)點的組合。傳感器110至113可以由例如電池功率源、交流(“AC”)電功率源或其他功率源或功率源的組合來供電?？梢允褂美缱詣又貜?fù)請求(“ARQ”)協(xié)議，支持在傳感器110至 113、用戶設(shè)備106、基站102、核心網(wǎng)103、其他網(wǎng)絡(luò)104或它們的任一組合之間的包括實時通信的通信。在當(dāng)前實施例中，傳感器110至113可以對從用戶設(shè)備106發(fā)送的所接收的上行鏈路信號(“f”)進行壓縮，以形成感測信號(“y”)。傳感器110至113可以分別使用通信鏈路114-117，向基站102提供該感測信號(“y”)。然后，基站102可以處理該感測信號(“y”)?；?02可以向傳感器110至113傳送指令，其中，所述指令可以涉及例如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、振蕩器調(diào)諧、使用相位采樣的波束控制、其他指令或指令的組合。此外，用戶設(shè)備 106、傳感器110至113、基站102、核心網(wǎng)103、其他網(wǎng)絡(luò)104或它們的任一組合可以使用例如媒體接入控制(“MAC”)混合ARQ協(xié)議、其他類似協(xié)議或協(xié)議的組合來進行包括實時通信的通信。同樣，用戶設(shè)備106、傳感器110至113、基站102、核心網(wǎng)103、其他網(wǎng)絡(luò)104或它們的任一組合可以使用例如存在性信令碼(presence signaling code)、空時碼、噴泉碼 (fountain code)、其他通信碼或通信碼的組合來進行通信，所述存在性信令碼可以在不需要傳感器110至113的合作的情況下進行操作，所述空時碼可能要求信道知識，所述噴泉碼
8可以用于注冊和實時傳輸。這些通信碼中的一些可能要求例如應(yīng)用各種信號處理技術(shù)來利用這些碼的任何內(nèi)在屬性的優(yōu)點。在圖1中，基站102可以執(zhí)行以下功能，比如發(fā)送系統(tǒng)開銷信息；使用傳感器110 至113檢測用戶設(shè)備106的存在性；與用戶設(shè)備106的雙向?qū)崟r通信；其他功能或功能的組合。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，傳感器110至113可以比基站102和核心網(wǎng)103便宜
得非常多。通過以周期速率、非周期速率或二者測量連續(xù)時間信號的值來形成離散時間信號，執(zhí)行采樣。在當(dāng)前實施例中，傳感器110至113的有效采樣速率可能小于傳感器110至 113使用的實際采樣速率。所述實際采樣速率是例如模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(“ADC”)的采樣速率。 在傳感器110至113的輸出處測量有效采樣速率，其對應(yīng)于感測信號(“y”)的帶寬。通過提供較低的有效采樣速率，傳感器110至113可以消耗比以實際采樣速率操作的其他傳感器更少的功率，而不需要任何壓縮?？梢詫⑷哂嘣O(shè)計到系統(tǒng)的部署中，從而使得傳感器的損耗將最小程度地影響該系統(tǒng)的性能。對于很多類型的信號，可以由基站102、核心網(wǎng)103、其他網(wǎng)絡(luò)104或它們的任一組合來執(zhí)行對這種信號的重構(gòu)。在當(dāng)前實施例中，傳感器110至113每個都可以包含直接序列解擴單元、快速傅里葉變換(“FFT”)單元、其他單元或單元的組合。基站102可以向傳感器110至113發(fā)送例如選擇用于解擴單元的直接序列碼或子碼片定時(sub-chip timing)的指令、選擇用于FFT單元的頻率區(qū)間或頻段的數(shù)目的指令、其他指令或指令的組合。這些指令可以以例如一毫秒間隔來傳送，同時每個指令在接收到后，由傳感器110至113在十分之一毫秒內(nèi)執(zhí)行。此外，用戶設(shè)備106可以以時隙、分組、幀或其他類似結(jié)構(gòu)的形式發(fā)送和接收信息，這些結(jié)構(gòu)可以具有例如一至五毫秒的持續(xù)時間。時隙、分組、幀和其他類似結(jié)構(gòu)可以包括連續(xù)捕獲的時域采樣的集合，或可以描述連續(xù)的實數(shù)值或復(fù)數(shù)值的集合。在圖100中，系統(tǒng)100可以包括在用戶設(shè)備106、基站102、核心網(wǎng)103、其他網(wǎng)絡(luò) 104、傳感器110至113或它們的任一組合之間的系統(tǒng)開銷信息的傳送。所述系統(tǒng)開銷信息可以包括例如引導(dǎo)和同步信息、無線廣域網(wǎng)信息、WLAN信息、其他信息或信息的組合。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，通過限制用戶設(shè)備106對監(jiān)視底層網(wǎng)絡(luò)、額外網(wǎng)絡(luò)或二者的需求，可以減少其功耗。在圖1中，如果用戶設(shè)備106足夠接近傳感器110至113，則用戶設(shè)備106可以以低發(fā)送功率電平發(fā)送上行鏈路信號。傳感器Iio至113可以對所接收的上行鏈路信號(“g”) 進行壓縮采樣，以生成感測信號(“y”)。傳感器110至113可以分別使用通信鏈路114至 117，將感測信號(“y”)發(fā)送到基站102。基站102可以執(zhí)行例如第1層功能，比如解調(diào)和解碼；第2層功能，比如分組編號和ARQ ；以及較高層功能，比如注冊、信道分配和切換?；?02可以具有相當(dāng)大的計算能力來實時地、接近實時地或二者同時地執(zhí)行計算強度大的功能。在當(dāng)前實施例中，基站102可以使用例如比如用戶設(shè)備106的天線相關(guān)矩陣的所述通信信道的知識、與用戶設(shè)備106接近的傳感器110至113的數(shù)目、其他因素或因素的組合，應(yīng)用鏈路調(diào)整策略。所述通信信道的知識這種調(diào)整策略可以要求周期間隔的處理，例如，一毫秒間隔。這種策略可以允許例如以最優(yōu)的空時復(fù)用增益和分集增益進行操作。同樣，多個基站102可以彼此之間通信，以執(zhí)行例如臟紙編碼(dirty paper coding) (“DPC”)，所述臟紙編碼是用于通過經(jīng)受了某種為基站102已知的干擾的通信信道來有效地發(fā)送下行鏈路信號的技術(shù)。為了支持這些技術(shù)，從用戶設(shè)備106接收額外上行鏈路信號的其他基站可以向與用戶設(shè)備106相關(guān)聯(lián)的基站102提供該上行鏈路信號(“f”)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，多個用戶設(shè)備106可以與基站102通信。圖2例示了根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)200的另一個實施例。在本實施例中，系統(tǒng)200可以提供支持高用戶密度的魯棒高帶寬實施無線通信。系統(tǒng)200包括用戶設(shè)備206、傳感器210至213、基站202、核心網(wǎng)203和其他網(wǎng)絡(luò)204。在本實施例中，傳感器210至213可以執(zhí)行第1層功能的一部分，比如接收上行鏈路信號并執(zhí)行壓縮采樣。此外，基站202可以分別使用通信鏈路214至217，向傳感器210至213發(fā)送指令。這些指令可以是例如使用特定的多址接入碼(比如直接序列碼或 OFDM碼)來進行壓縮。此外，基站202可以向傳感器210至213發(fā)送指令，以以例如在特定相位處的采樣速率兩倍的采樣速率執(zhí)行采樣。基站202可以執(zhí)行計算強度大的功能，以例如在從傳感器210至213接收到的感測信號(“y”)中檢測用戶設(shè)備206的存在性。一旦檢測到用戶設(shè)備206的存在性，基站 202可以配置傳感器210至213，以改進對來自用戶設(shè)備206的上行鏈路信號(“f”)的接收。這種改進可以與定時、頻率、編碼、其他特性或特性的組合相關(guān)聯(lián)。此外，用戶設(shè)備206 可以使用例如噴泉碼來發(fā)送上行鏈路信號(“f”)。對于高帶寬低功率通信，用戶設(shè)備206 可以使用噴泉碼來發(fā)送包含例如實時語音的上行鏈路信號。針對這種上行鏈路信號的分組發(fā)送速率可以例如在200Hz到IkHz的范圍內(nèi)。傳感器210至213可以具有基本上由基站 202控制的有限決策能力。在圖2中，傳感器210至213可以密集部署，例如大約每一百米間隔距離一個傳感器210至213、大約每十米間隔距離一個傳感器210至213、其他配置或配置的組合。傳感器210至213可以包含下行鏈路發(fā)射機，或者與下行鏈路發(fā)射機共處一處，所述下行鏈路發(fā)射機用于支持發(fā)送從基站202接收的下行鏈路信號。此外，基站202可以使用通信鏈路來向遠(yuǎn)程下行鏈路發(fā)射機提供下行鏈路信號，所述遠(yuǎn)程下行鏈路發(fā)射機比如是具有天線扇區(qū)化的傳統(tǒng)蜂窩鐵塔、安裝在建筑物或光極(light pole)上的蜂窩發(fā)射機、辦公室中的低功率單元、其他單元或單元的組合。這種遠(yuǎn)程下行鏈路發(fā)射機的部署可以是支持例如建筑物部署、街燈部署、其他部署或部署的組合。此外，將理解的是，多個用戶設(shè)備206可以與基站202通信。圖3例示了根據(jù)本文闡述的各個方面的使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)300的另一個實施例。在本實施例中，系統(tǒng)300表示多址接入系統(tǒng)。系統(tǒng)300包括用戶設(shè)備306、傳感器301、基站302和下行鏈路發(fā)射機308。在圖3中，傳感器310可以包括用于對上行鏈路信號進行下變頻的接收單元。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明白針對這種接收單元的設(shè)計和實現(xiàn)要求。在圖3中，基站302可以耦合到下行鏈路發(fā)射機308，其中，下行鏈路發(fā)射機308可以與例如蜂窩鐵塔共處一處?；?02可以包含例如收集器，用于從傳感器310收集感測信號；檢測器，用于檢測該感測信號中包含的信息信號；控制器，用于控制傳感器310 ；其他單元或單元的組合?；?02和下行鏈路發(fā)射機308可以共處一處。此外，下行鏈路發(fā)射機308可以使用通信鏈路309來耦合到基站302，該通信鏈路309可以支持例如光纖線纜連接、微波鏈路、同軸電纜連接、其他連接或它們的任一組合。系統(tǒng)300的配置可以類似于常規(guī)蜂窩系統(tǒng)，比如GSM系統(tǒng)、UMTS系統(tǒng)、LTE系統(tǒng)、CDMA系統(tǒng)、其他系統(tǒng)或系統(tǒng)的組合。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，這些系統(tǒng)展示了用戶設(shè)備、基站、下行鏈路發(fā)射機、其他單元或單元的組合的布置。在當(dāng)前實施例中，用戶設(shè)備308和基站302可以使用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通信，以執(zhí)行比如以下功能隨機接入、尋呼、發(fā)起、資源分配、信道分配、包括定時的開銷信令、導(dǎo)頻系統(tǒng)識別、 允許用于接入的信道、切換消息、訓(xùn)練或?qū)ьl信令、其他功能或功能的組合。此外，用戶設(shè)備 308和基站302可以傳送語音信息、分組數(shù)據(jù)信息、電路交換數(shù)據(jù)信息、其他信息或信息的組合。圖4例示了根據(jù)本文闡述的各個方面的壓縮采樣系統(tǒng)的一個實施例。系統(tǒng)400包括壓縮采樣器431和檢測器452。在圖4中，壓縮采樣器431可以使用感測矩陣(“Φ”) 的感測波形(“Φ/’)對輸入信號(“f”)進行壓縮采樣，以生成感測信號(“y”)，其中， Φj指代感測矩陣(“Φ”)的第j個波形。輸入信號(“f”)可以具有長度N，感測矩陣 (“Φ”)可以具有M個長度為N的感測波形(“Φ/’)，且感測信號(“y”)可以具有長度 M，其中，M可以小于N。如果輸入信號(“f”)足夠稀疏，則可以恢復(fù)信息信號(“χ”)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將識別稀疏信號的特性。在一個定義中，具有S個非零值的長度為N的信號被稱作S稀疏，且包括N減S ( “N-S” )個零值。在當(dāng)前實施例中，壓縮采樣器431可以使用例如等式⑴對輸入信號(“f”)進行壓縮采樣。
權(quán)利要求
1.一種對信號采樣的方法，所述方法包括通過無線信道接收基于向量集的S稀疏組合的用戶設(shè)備發(fā)送； 對所接收的發(fā)送進行下變頻以及離散化，以創(chuàng)建離散信號；將所述離散信號與感測波形集相關(guān)，以創(chuàng)建采樣集，其中，所述采樣集中的采樣的總數(shù)等于所述感測波形集中的感測波形的總數(shù)，其中，所述感測波形集與所述向量集不匹配，以及其中所述感測波形集中的感測波形的總數(shù)少于所述向量集中的向量的總數(shù)；以及向遠(yuǎn)程中央處理器發(fā)送所述采樣集中的至少一個采樣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述向量集包括從由以下各項構(gòu)成的列表中選擇的至少一個集合基矩陣的行和基矩陣的列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括響應(yīng)于從所述遠(yuǎn)程中央處理器接收到指令，選擇新的感測波形集。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括響應(yīng)于從所述遠(yuǎn)程中央處理器接收到指令，調(diào)整定時參考。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括響應(yīng)于從所述遠(yuǎn)程中央處理器接收到指令，改變感測波形的數(shù)目。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述向量集和所述感測波形集具有小于或等于 0. 45乘以所述向量集中的向量維度的平方根的相干值。
7.一種無線通信的方法，所述方法包括在用戶設(shè)備處通過無線信道接收第一表示參數(shù)集的指示； 發(fā)送第一信號，其中，所述第一信號至少部分基于所述第一表示參數(shù)集； 接收第二表示參數(shù)集的指示；以及發(fā)送多址接入消息，其中，所述多址接入消息至少部分基于所述第二表示參數(shù)集。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述多址接入消息至少包括所述用戶設(shè)備的唯一標(biāo)識號的一部分。
9.一種通信的方法，所述方法包括 在中央處理器處接收采樣集；使用所述采樣集、基矩陣和感測波形集，形成具有Ll最小化的線性規(guī)劃； 求解所述線性規(guī)劃，以產(chǎn)生估計數(shù)據(jù)集；以及量化所述估計數(shù)據(jù)集，以產(chǎn)生信息符號集。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括選擇所述估計數(shù)據(jù)集的第一子集，其中，所述第一子集中的元素的總數(shù)是表示參數(shù)，以及所述第一子集的所有元素在算術(shù)上大于所述估計數(shù)據(jù)集的剩余元素；以及識別所述第一子集的元素的索引。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述信息符號集形成二元向量，所述二元向量的長度等于所述估計數(shù)據(jù)集的長度，以及所述二元向量由在與所識別出的索引之一相對應(yīng)的每個位置處的邏輯1和在剩余位置處的邏輯0構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括 指示用戶設(shè)備使用所述表示參數(shù)。
13.一種無線通信的方法，所述方法包括通過無線信道向用戶設(shè)備發(fā)送指示第一表示參數(shù)集的指令；以及向遠(yuǎn)程采樣器發(fā)送指示感測參數(shù)集的指令。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括基于所述第一表示參數(shù)集，選擇所述感測波形集。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括 向所述用戶設(shè)備發(fā)送系統(tǒng)參數(shù)集。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述系統(tǒng)參數(shù)集包括從由以下各項構(gòu)成的列表中選擇的至少一項系統(tǒng)定時、幀定時、基矩陣的指示、以及系統(tǒng)時鐘。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括 從所述遠(yuǎn)程采樣器接收采樣集；以及處理所接收的采樣集，以產(chǎn)生信息符號集。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括 從所接收的采樣集中檢測多址接入信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括在檢測到所述多址接入消息之后，通過無線信道向所述用戶設(shè)備發(fā)送指示第二表示參數(shù)集的指令。
全文摘要
本發(fā)明提供針對使用壓縮采樣的基于傳感器的無線通信系統(tǒng)的方法、設(shè)備和系統(tǒng)。在一個實施例中，對信號采樣的方法包括通過無線信道接收基于向量集的S稀疏組合的用戶設(shè)備發(fā)送；對所接收的發(fā)送進行下變頻以及離散化，以創(chuàng)建離散信號；將所述離散信號與感測波形集相關(guān)，以創(chuàng)建采樣集，其中，所述采樣集中的采樣的總數(shù)等于所述感測波形集中的感測波形的總數(shù)，其中所述感測波形集與所述向量集不匹配，以及其中所述感測波形集中的感測波形的總數(shù)少于所述向量集中的向量的總數(shù)；以及向遠(yuǎn)程中央處理器發(fā)送所述采樣集中的至少一個采樣。
文檔編號H04W28/06GK102461247SQ201080026620
公開日2012年5月16日 申請日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
發(fā)明者保羅·詹姆斯·盧斯那, 托馬斯·阿洛伊修斯·塞克斯頓, 西恩·巴塞洛繆·塞門斯, 詹姆斯·厄爾·沃馬克 申請人:捷訊研究有限公司