(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の関数変数値送信器（３０1…K）からの複数の関数変数値の関数結果を決定するための関数受信器であって、
前記関数受信器は、
チャネル推定フェーズにおいて、無線多元接続チャネルの合計特性のため、前記関数受信器で前記複数の関数変数値送信器からの一定の電力信号の合計に対応する第１の多元接続チャネル信号であって、前記一定の電力信号は、シンボルの第１の系列であり、前記複数の関数変数値送信器に関して、シンボルの位相が、異なって、かつ、ランダムに、疑似ランダム的に、または、一様分布で確定的に、変動し、シンボルのマグニチュードが、前記関数変数値送信器に関して、そして、前記各関数変数値送信器のシンボルの第１の系列のためのどの関数変数値送信器に関しても同じであることを特徴とする、前記第１の多元接続チャネル信号、および、
通常動作フェーズにおいて、前記無線多元接続チャネルの前記合計特性のため、前記関数受信器で前記無線多元接続チャネル（３１）を通じて、前記複数の関数変数値送信器からのシンボルの第２の複数の系列の合計に対応する第２の多元接続チャネル信号であって、前記複数の関数変数値送信器に関して、シンボルの位相が、異なって、かつ、ランダムに、疑似ランダム的に、または、一様分布で確定的に、変動し、シンボルのマグニチュードが、前記関数変数値送信器に関して同じであって、前記各関数変数値送信器の前記各関数変数値に依存することを特徴とする、前記第２の多元接続チャネル信号
を受信するように構成され、
前記関数受信器は、
前記無線多元接続チャネルを示している２次統計モーメントを得るためにシンボルの前記第１の系列が重複する時間の間、前記第１の多元接続チャネル信号の受信電力を検出するためのチャネル推定器（９０）と、
前記第２の多元接続チャネル信号の受信電力および前記２次統計モーメントに基づいて前記関数結果を決定するための関数結果決定器（５８）とを含むことを特徴とする、関数受信器。
【請求項２】
前記関数受信器は、いくつかのアンテナ（３４1…nR）を含むことができ、前記チャネル推定器（９０）は、前記２次統計モーメントを得るために前記いくつかのアンテナで前記第１の多元接続チャネル信号の受信電力の合計を検出するために実行されることを特徴とする、請求項１に記載の関数受信器。
【請求項３】
前記関数受信器は、いくつかのアンテナ（３４1…nR）を含み、前記関数結果決定器は、前記いくつかのアンテナで前記第２の多元接続チャネルの前記受信電力の合計に基づいて前記関数結果を得るために実行されることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の関数受信器。
【請求項４】
前記関数結果決定器（５８）は、前記無線多元接続チャネルのチャネル影響の絶対２次モーメントを用いて、除算によって、前記第２の多元接続チャネル信号の前記受信電力を補正するために実行されることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の関数受信器。
【請求項５】
各関数変数値送信器が、関数受信器（３２）に無線多元接続チャネル（３１）を通じて、他の関数変数値送信器の別の関数変数値とともに、関数変数値を送信するために実行される、複数の関数変数値送信器であって、各関数変数値送信器は、
チャネル推定フェーズにおいて、前記無線多元接続チャネルの合計特性のため、一定の電力信号の合計が前記関数受信器（３２）で生じるように、前記一定の電力信号が、シンボルの第１の系列であり、前記複数の関数変数値送信器に関して、シンボルの位相が、異なって、かつ、ランダムに、疑似ランダム的に、または、一様分布で確定的に、変動し、シンボルのマグニチュードが、前記関数変数値送信器に関して、そして、前記各関数変数値送信器のシンボルの第１の系列のためのどの関数変数値送信器に関しても同じであることを特徴とする、前記一定の電力信号を、時間的に重複する方法で、送信するように、そして、
通常動作フェーズにおいて、前記無線多元接続チャネルの合計特性のため、前記一定の電力信号の合計が前記関数受信器（３２）で生じるように、時間的に重複する方法で、シンボルの位相が、時間的にランダムに、時間的に疑似ランダム的に、または時間的に一様分布で確定的に、変動し、シンボルのマグニチュードが、各関数変数送信器の前記シンボルに関して同じであって、チャネル依存した予歪みなしで、かつ、シンボルの前記系列の送信電力が前記各関数変数値に依存するように、前記各関数変数値に依存することを特徴とする、シンボルの第２の系列を送信するように、
構成されることを特徴とする、前記関数変数値送信器。
【請求項６】
各関数変数値送信器が、関数受信器（３２）に無線多元接続チャネル（３１）を通じて、他の関数変数値送信器の別の関数変数値とともに、関数変数値を送信するために実行され、
前記関数受信器（３２）により送信されたパイロット信号から、前記関数変数値送信器と前記関数受信器（３２）との間のチャネル影響のマグニチュードを推定するためのチャネル推定器（３８）を含み、
各関数変数値送信器は、前記無線多元接続チャネルの合計特性のため、シンボルの前記系列の合計が前記関数受信器（３２）で生じるように、時間的に重複する方法で、シンボルの系列を送信するために実行され、シンボルの位相が、時間的にランダムに、時間的に疑似ランダム的に、または時間的に一様分布で確定的に、変動し、シンボルのマグニチュードが、各関数変数値送信器の前記シンボルに関して同じであって、前記チャネル影響の前記マグニチュードの逆数には依存するが、前記チャネル影響の位相には独立して、かつ、シンボルの前記系列の送信電力が前記関数変数値に依存するように、前記シンボルを予め歪ませることによって、前記各関数変数値に依存することを特徴とする、前記関数変数値送信器。
【請求項７】
各関数変数値送信器が、物理測定値を検出して、それを各関数変数値として供給するために実行されることを特徴とする、請求項５又は請求項６に記載の複数の関数変数値送信器。
【請求項８】
請求項５に記載の複数の関数変数値送信器（３０1…K）と、
前記複数の関数変数値送信器（３０1…K）からの前記複数の関数変数値の関数結果を決定するための関数受信器（３２）であって、前記関数受信器（３２）は、
前記関数受信器で前記多元接続チャネルを通じて前記複数の関数変数値送信器の一定の電力信号の重ね合わせに対応する第１の多元接続チャネル信号、および前記複数の関数変数値送信器からシンボルの前記複数の系列の重ね合わせに対応する第２の多元接続チャネル信号を受信するように構成され、
前記多元接続チャネル（３１）を示している２次統計モーメントを得るためにシンボルの前記第１の系列が重複する時間の間、前記第１の多元接続チャネル信号の受信電力を検出するためのチャネル推定器（９０）と、
前記第２の多元接続チャネル信号の受信電力および前記２次統計モーメントに基づいて前記関数結果を決定するための関数結果決定器（５８）とを含む、前記関数受信器（３２）と、
を含むことを特徴とする、システム。
【請求項９】
前記関数変数値送信器は、前記各関数変数値送信器のシンボルの前記系列の前記シンボルの前記マグニチュードを得るために、開平（５０）が後に続く、前処理（４６）に、前記各関数変数値を、通常動作フェーズにおいては、従属させるように実行されること、そして、前記関数受信器（３２）の前記関数結果決定器（５８）は、後処理（７０）に前記（第２の）多元接続チャネル信号の前記受信電力を従属させるように実行されること、前記関数変数値送信器および前記関数受信器の前記関数結果決定器（５８）は、前記多元接続チャネル（３１）の時間的修正と独立しており、前記関数変数値が仮定する全てのありえる値に関して、前記関数結果が前記関数変数値の相加平均又は相乗平均を示すように実行されることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
請求項６に記載の複数の関数変数値送信器（３０1…K）と、
前記複数の関数変数値送信器から前記複数の関数変数値の関数結果を決定するための関数受信器（３２）であって、前記関数受信器は、
受信器で前記多元接続チャネル（３１）を通じて前記複数の関数変数値送信器からシンボルの前記複数の系列の合計に対応する多元接続チャネル信号を受信するための前記受信器（３４1）と、
前記多元接続チャネル信号の受信電力に基づいて前記関数結果を決定するための関数結果決定器（５８）と、
前記パイロット信号を送信するためのパイロット信号送信器（３２）とを含む、前記関数受信器（３２）とを含ことを特徴とする、システム。
【請求項１１】
前記関数変数値送信器は、前記各関数変数値送信器のシンボルの前記系列の前記シンボルの前記マグニチュードを得るために、開平（５０）と、前記各関数変数値送信器のシンボルの前記系列の前記シンボルを予め歪ませるための、前記各関数変数値送信器と前記関数受信器（３２）との間のチャネル影響の前記マグニチュードの前記逆数による乗算とが後に続く、前処理（４６）に、前記各関数変数値を従属させるように実行されること、そして、前記関数受信器（３２）の前記関数結果決定器（５８）は、後処理（７０）に前記多元接続チャネル信号の前記受信電力を従属させるように実行されること、前記関数変数値送信器および前記関数受信器の前記関数結果決定器（５８）は、前記多元接続チャネル（３１）の時間的修正と独立しており、前記関数変数値が仮定する全てのありえる値に関して、前記関数結果が前記関数変数値の相加平均又は相乗平均を示すように実行されることを特徴とする、請求項８又は請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
受信器で複数の関数変数値送信器（３０1…K）からの複数の関数変数値の関数結果を決定するための方法であって、
チャネル推定フェーズにおいて、無線多元接続チャネルの合計特性のため、前記受信器で多元接続チャネル（３１）を通じて、前記複数の関数変数値送信器からの一定の電力信号の合計に対応する第１の多元接続チャネル信号であって、前記一定の電力信号は、シンボルの第１の系列であり、前記複数の関数変数値送信器に関して、シンボルの位相が、異なって、かつ、ランダムに、疑似ランダム的に、または、一様分布で確定的に、変動し、シンボルのマグニチュードが、前記関数変数値送信器に関して、そして、前記各関数変数値送信器のシンボルの第１の系列のためのどの関数変数値送信器に関しても同じであることを特徴とする、前記第１の多元接続チャネル信号、および、
通常動作フェーズにおいて、無線多元接続チャネルの合計特性のため、前記受信器で前記多元接続チャネル（３１）を通じて、前記複数の関数変数値送信器からのシンボルの複数の系列の合計に対応する第２の多元接続チャネル信号であって、前記複数の関数変数値送信器に関して、シンボルの位相が、異なって、かつ、ランダムに、疑似ランダム的に、または、一様分布で確定的に、変動し、シンボルのマグニチュードが、前記関数変数値送信器に関して同じであって、前記各関数変数値送信器の前記各関数変数値に依存することを特徴とする、前記第２の多元接続チャネル信号を受信するステップと、
前記多元接続チャネルを示している２次統計モーメントを得るためにシンボルの前記第１の系列が重複する時間の間、前記第１の多元接続チャネル信号の受信電力を検出するステップと、
前記第２の多元接続チャネル信号の受信電力および前記２次統計モーメントに基づいて前記関数結果を決定するステップとを含むことを特徴とする、方法。
【請求項１３】
各関数変数値送信器が、関数受信器（３２）に無線多元接続チャネル（３１）を通じて、他の関数変数値送信器の別の関数変数値とともに、関数変数値を送信するために実行される、複数の関数変数値送信器を作動するための方法であって、
チャネル推定フェーズにおいて、前記無線多元接続チャネルの合計特性のため、一定の電力信号の合計が前記関数受信器（３２）で生じるように、前記一定の電力信号が、シンボルの第１の系列であり、前記複数の関数変数値送信器に関して、シンボルの位相が、異なって、かつ、ランダムに、疑似ランダム的に、または、一様分布で確定的に、変動し、シンボルのマグニチュードが、前記関数変数値送信器に関して、そして、前記各関数変数値送信器のシンボルの第１の系列のためのどの関数変数値送信器に関しても同じであるように、全ての関数変数値送信器から時間的に重複する方法で、前記一定の電力信号を送信するステップ、および、
通常動作フェーズにおいて、前記無線多元接続チャネルの合計特性のため、前記一定の電力信号の合計が前記関数受信器（３２）で生じるように、時間的に重複する方法で、シンボルの位相が、時間的にランダムに、時間的に疑似ランダム的に、または時間的に一様分布で確定的に、変動し、シンボルのマグニチュードが、各関数変数送信器の前記シンボルに関して同じであって、チャネル依存した予歪みなしで、かつ、シンボルの前記系列の送信電力が前記各関数変数値に依存するように、前記各関数変数値に依存することを特徴とする、シンボルの第２の系列を送信するステップを含むことを特徴とする、方法。
【請求項１４】
各関数変数値送信器が、関数受信器（３２）に無線多元接続チャネル（３１）を通じて、他の関数変数値送信器の別の関数変数値とともに、関数変数値を送信するために実行される、複数の関数変数値送信器を作動するための方法であって、
前記関数受信器（３２）により送信されたパイロット信号から、前記関数変数値送信器と前記関数受信器（３２）との間のチャネル影響のマグニチュードを推定するステップと、
前記無線多元接続チャネルの合計特性のため、各関数変数値送信器により送信されたシンボルの系列の合計が前記関数受信器（３２）で生じるように、時間的に重複する方法で、シンボルの位相が、時間的にランダムに、時間的に疑似ランダム的に、または時間的に一様分布で確定的に、変動し、シンボルのマグニチュードが、各関数変数値送信器の前記シンボルに関して同じであって、前記チャネル影響の前記マグニチュードの逆数に依存しているが前記チャネル影響の位相には独立して前記シンボルに予め歪ませることによって、かつ、シンボルの前記系列の送信電力が前記各関数変数値に依存するように、前記各関数変数値に依存することを特徴とする、前記各関数変数値送信器によりシンボルの前記系列を送信するステップとを含むことを特徴とする、方法。
【請求項１５】
プログラムがコンピュータ上で動作するときに、請求項１３又は請求項１４に記載の方法を実行するためのプログラムコードを有する前記コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、関数変数値送信器、関数受信器、およびそれから成るセンサネットワークなどの各システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の無線「センサネットワーク」は、無線通信インターフェースを介して相互接続される大多数の安価な組立品またはセンサノードから成る。無線ネットワーク態様のため、それはセンサの単なる組立品とは著しく異なる。これは、協力、協調および協同に関する関連付け機能が、適用範囲を極めて広くするからである。
【０００３】
主要な目的がエンドツーエンドの情報トラフィックを提供することであるインターネットなどの従来のデータネットワークと比較して、センサネットワークは、通常極めて特定用途向けである。そのことは、それが特定のタスクを遂行するために明示的に開発され、使用されることを意味する。この例としては、典型的には、環境モニタリング、物理現象のモニタリング、建造物セキュリティ、品質管理などである。上述の従来のデータネットワークと比較すると、無線センサネットワークのこの用途主導の特性は、完全に新しい設計規範を必要とする。
【０００４】
多くのセンサネットワークアプリケーションにおいて、一意な受信ノード（アクセスポイント）（時にはコレクティングノードまたは中央処理ユニットとも呼ばれる）は、ネットワーク内のノードの個々の測定値を再構築することには関与せず、線形にまたは非線形に、すべての測定値の全部に又は特定のサブセットに依存する所望の関数ｆに、しばしば関与する。所望の関数は、例えば、相加平均、相乗平均、最大測定値、最小測定値、調和平均、測定データの加重和、ネットワーク内で作動中であるセンサノードの数などでありえる。
【０００５】
このように、ネットワーク寿命の増加ためのできるだけ小さいエネルギー消費、大幅に低減された計算量、できるだけ少ない協調による、そして、単純な実施態様労力による無線センサネットワークにおける所望の線形および非線形関数を計算することが望ましい。
【０００６】
換言すれば、課題は、関数受信器にできるだけ効率よく関数変数値送信器に生じる関数変数値を送信することである。図１に基づいて、その課題が再度説明される。図１は、例として、センサノード１０1、１０2、１０3、…、１０k、１０k+1、…、１０Kおよび受信ノード１２を有するセンサネットワークを示す。図１のセンサネットワーク例によれば、Ｋ個のセンサノード１０1…１０Kは、分布した方法で、示された受信ノード１２の周辺に空間的に配置される。受信ノードの位置で関数ｆ（Ｘ1（ｔ），…，ＸK（ｔ））を確実に計算することがセンサネットワークの目的である。ここで、Ｘ1（ｔ）、…、ＸK（ｔ）は、時間ｔにおいて測定された個々のセンサの値を示す。
【０００７】
関数値計算の課題を適切に解決するために、図１の無線センサネットワークにおいて、一方受信器への「測定値送信」または関数変数値の送信、および、他方「関数値計算」である処理を厳密に分離することは可能である。これは、全てのセンサノード１０1…１０Kが、例えば量子化された方法で、デジタルビットストリームとして分離してその測定値情報を受信ノード１２に送信することを意味する。それは、個々の受信信号から各測定値を再構築し、その後例えば内部に存在するマイクロプロセッサにおいて所望の関数を計算する。
【０００８】
しかしながら、あらゆる無線チャネルの固有の特性は、異なるユーザが同時に、帯域幅および／または送信時間などの共有資源にアクセスする直後の干渉の発生である。受信ノードでの信号の分離は、通常多大な労力によってしか実現されないか、あるいは、全く可能でないかである。図１の無線センサネットワークのように、無線センサネットワークにおけるこれらの状況に適応するために、ＴＤＭＡ（時分割多元接続方式）などの「直交的」方法を使用することが可能であり、それによって、特定の転送時間が全ての個々のセンサノード１０1〜１０Kに割り当てられうる。ここで、現存のリソースはそれによって使用されるだけである。明らかであることに、全てのノード１０1〜１０Kがアドレス付けされ、タイムスロットが割り当てられるときに知らせることを確実にするために、この種のアプローチは、高度な協調を必要とする。その協調は、信号メッセージ、受理信号などのそれぞれ追加の労力によって割り当ておよび時間同期のために供給する特定のプロトコル構造によってとられる必要があるだろう。しかしながら、この種の手段は、センサネットワークの柔軟性および寿命を著しく低減し、したがって、関数値計算に関連してそれほど最適には及んでいない。加えて、無線チャネルの伝送特性は、厳密な時間依存変化（フェージングとも呼ばれる）に影響を受ける。そして、それは、十分なおよび信頼性が高い信号伝送を可能にするために、各信号受信器において、または、信号送信器自体においてさえチャネル推定を必要とする。特に多数のノードを有するセンサネットワークにおいて、この手段は、追加の労力を生じさせ、明らかにそれに関連した、ネットワーク寿命に本質的影響を及ぼす有意なエネルギー消費の原因にもなる。
【０００９】
ＴＤＭＡによる関数変数値送信と実際の関数結果計算との間の厳密な分離の更なる不利な点は、関数値計算に対して極めて制限されたデータ転送速度である。これは、ＱビットでＫ個の測定値の各々の均一な量子化によって、受信ノードが多くてもＱ・Ｋタイムスロットごとに再構築されたデータの関数値を計算することができることを意味する。それは、Ｋが大きい大ネットワークに関して、および／または、高分解能、すなわちＱが大きい場合に、待ちサイクルが重要である理由である。ＩＥＥＥ標準８０２．１５．４などの特定のプロトコル構造が存在するとき、（Ｑ＋Ｒ）Ｋものタイムスロットを要する。ここで、Ｒは全てのタイムスロットのプロトコルのオーバーヘッドによって誘起されたビット数を示す。従って、受信ノードは、（Ｑ＋Ｒ）Ｋのタイムスロットごとにしか新しい関数値を要求することができず、そのことは、特に時間が重要であるアプリケーションまたはアラーム状況においては、ひどく制限する要因である。
【００１０】
0005595520.tif 000002
【００１１】
このように、ナーゼルおよびガストパルの考えは、多元接続チャネルの挙動（１）と所望の関数ｆ（Ｘ1（ｔ）…，ＸK（ｔ））の間の特定の相関関係の状況の下で一次関数を算出するための合計特性（１）を使用する。これに関連して、チャネルの干渉影響に対してステップをとる必要がないので、理想的な場合において、そして、上記のＴＤＭＡ例とは対照的に、新しい関数値は、Ｑタイムスロットごとにアクセスポイントから始められることができる。
【００１２】
0005595520.tif 000003
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｂ．ナーゼルとＭ．ガストパル著の「多元接続チャネルの計算」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｆ．Ｔｈｅｏｒｙ、第５３巻、Ｎｏ．１０、Ｐ．３４９８―３５１６、２００７年１０月（Ｂ．Ｎａｚｅｒ  ａｎｄ  Ｍ．Ｇａｓｔｐａｒ，  “Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ  ｏｖｅｒ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ａｃｃｅｓｓ  ｃｈａｎｎｅｌｓ，”  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｉｎｆ．Ｔｈｅｏｒｙ，  Ｖｏｌ．５３，  Ｎｏ．１０，  Ｐ．３４９８−３５１６，  Ｏｃｔ．２００７）
【非特許文献２】Ｍ．ゴールデンバウム、Ｓ．スタンザック、Ｍ．カリスザン著の「無線センサ多元接続チャネルによる関数計算に関して」、会報ＩＥＥＥ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ＆Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＷＣＮＣ）、ブダペスト、ハンガリー、２００９年４月（Ｍ．Ｇｏｌｄｅｎｂａｕｍ，  Ｓ．Ｓｔａｎｃｚａｋ  ａｎｄ  Ｍ．Ｋａｌｉｓｚａｎ，  “Ｏｎ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ  ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ  ｖｉａ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｓｅｎｓｏｒ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ａｃｃｅｓｓ  ｃｈａｎｎｅｌｓ，”  ｉｎ  Ｐｒｏｃ．  ＩＥＥＥ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ＆  Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  （ＷＣＮＣ），  Ｂｕｄａｐｅｓｔ，  Ｈｕｎｇａｒｙ，  Ａｐｒ．２００９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
このように、関数変数値送信および関数結果計算のための構想を提供し、その結果、全体として、例えばエネルギーおよび／または測定時間間隔に関して、関数結果を得るための労力を低減することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この目的は、請求項１に記載の関数受信器、請求項５または請求項６に記載の関数変数値送信器、請求項８または請求項９に記載のシステム、および請求項１２または請求項１３に記載の方法によって解決される。
【００１６】
一方において、シンボル系列のシンボルの予歪みは、チャネル影響のマグニチュードの逆数には依存するが、チャネル影響の位相には独立しているように、一方側の関数変数値送信器と他方側の関数受信器との間の複素チャネル影響の送信器側の推定を、チャネル影響のマグニチュードの推定に制限することが可能であることが、本発明の発見であり、特に、チャネル推定のこの簡単化が複数のチャネルを介して送信され、計算される関数結果の中心傾向において何も変化させないという点である。換言すれば、チャネル推定を容易にすることが結果として関数結果の破壊とならないことが本発明の発見である。
【００１７】
本願の他の態様によれば、関数変数送信器側の予歪みを省略して、その代わりに、多元接続チャネルを示している関数受信器側で統計量を決定することが可能であるという発見である。このため、関数変数値送信器が、チャネル推定フェーズにおいて、多元接続チャネルを介して一定の電力の信号を送信するときに、それは充分である。このように、チャネル推定の労力は、関数受信器に移され、それ故、それほど頻繁には生じず、そのことは、さらに全体のエネルギー消費量を減らす。特に、それは、関数変数値送信器側で低減され、特にそれが自立的である、または電池で作動するアプリケーションにおいて有利である。
【００１８】
本発明の実施形態によれば、関数受信器は、１つだけでなく、複数のアンテナを有する。ここで、関数結果は、いくつかのアンテナの第２の多元接続チャネルの受信電力の合計に基づいて得られる。多くの応用分野で、この手段が一方で得られた関数結果の正確さと、シンボルの系列の長さ、それ故に、関数結果ごとに必要とされるエネルギー、または、得られる関数結果の繰り返し率との間のより良いレートをもたらすことが分かり、例えば、一定の電力信号または関数変数値送信器からの電力信号の合計に基づいた受信器側のチャネル推定に関する上述の態様は、高い精度を必要とする応用に適している。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態は、添付図面に関して更に詳細に述べられる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、一実施形態による関数変数値送信器および関数受信器のシステムの略図である。
【図２】図２は、関数受信器がいくつかのアンテナを有することを特徴とする、一実施形態による関数変数値送信器および関数受信器のシステムのための一実施形態の略図である。
【図３】図３は、一実施形態による関数変数値送信および関数計算のための多元接続チャネルの使用法を説明するためのブロック図である。
【図４ａ】図４ａは、詳細な実施形態による関数変数値送信器および関数受信器のシステムのブロック図である。
【図４ｂ】図４ｂは、図４ａのシステムの関数受信器の異なる実施形態のためのブロック図である。
【図４ｃ】図４ｃは、図４ａのシステムの関数受信器の異なる実施形態のためのブロック図である。
【図５ａ】図５ａは、更に詳細な実施形態による関数変数値送信器および関数受信器のシステムのブロック図である。
【図５ｂ】図５ｂは、図５ａのシステムの関数受信器の異なる実施形態のためのブロック図である。
【図５ｃ】図５ｃは、図５ａのシステムの関数受信器の異なる実施形態のためのブロック図である。
【図６】図６は、図５ａ〜図５ｃの実施形態による統計量全体のチャネル影響の関数受信器側での推定の場合のためのいくつかのアンテナの使用法を説明するためのグラフである。
【図７】図７は、シンボル系列あたりのより多くの関数変数値送信器およびより多くのシンボル数のための図６に示された結果を説明するための更なるグラフである。
【図８ａ】図８ａは、図４ａ〜図４ｃの実施形態によるチャネル影響の簡略化された推定の場合とＴＤＭＡによる分離した関数変数値送信とその後の関数計算の場合との間の電力比較を説明するためのグラフである。
【図８ｂ】図８ｂは、図４ａ〜図４ｃの実施形態によるチャネル影響の簡略化された推定の場合とＴＤＭＡによる分離した関数変数値送信とその後の関数計算の場合との間の電力比較を説明するためのグラフである。
【図８ｃ】図８ｃは、図４ａ〜図４ｃの実施形態によるチャネル影響の簡略化された推定の場合とＴＤＭＡによる分離した関数変数値送信とその後の関数計算の場合との間の電力比較を説明するためのグラフである。
【図８ｄ】図８ｄは、図４ａ〜図４ｃの実施形態によるチャネル影響の簡略化された推定の場合とＴＤＭＡによる分離した関数変数値送信とその後の関数計算の場合との間の電力比較を説明するためのグラフである。
【図８ｅ】図８ｅは、図４ａ〜図４ｃの実施形態によるチャネル影響の簡略化された推定の場合とＴＤＭＡによる分離した関数変数値送信とその後の関数計算の場合との間の電力比較を説明するためのグラフである。
【図８ｆ】図８ｆは、図４ａ〜図４ｃの実施形態によるチャネル影響の簡略化された推定の場合とＴＤＭＡによる分離した関数変数値送信とその後の関数計算の場合との間の電力比較を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態の具体的な詳細を後述する前に、以下では、後に説明される実施形態が使用されうるシステムの基本的な構成について説明する。図１は、複数の関数変数値送信器１０1〜１０Kおよび関数受信器１２を備える当該システムを示す。関数受信器１２で関数結果を供給することがこのシステムの目的であって、その結果は、時間的に重複する方法で、関数変数値送信器１０1〜１０Kによって送信される複数の関数変数値に依存する。それについて以下でより詳細に説明される。一方側である関数変数値送信器１０1〜１０Kと他方側である関数受信器１２との間の多元接続チャネルの合計特性は、関数結果計算の一部として使用される。関数変数値送信器１０1〜１０Kから関数受信器１２への送信信号に関する多元接続チャネルのおそらく時間的に変動するチャネル影響の影響は、Ｋ個の個々の距離に関するＨ1（ｔ）〜ＨK（ｔ）によって図１に定められ、個々の送信信号の位相およびマグニチュードの両方に影響するという点で複素数値である。第１の近似において、チャネル影響Ｈ1…K（ｔ）は、各関数変数値送信器および関数受信器１２との間の個々の距離のための複素数値の数によって推定することができる。
【００２２】
図１のシステムは、例えば、センサネットワークであり、そのことは、換言すれば、関数結果を計算するための関数変数として関数変数値送信器１０1〜１０Kによって供給される関数変数値が、温度、圧力値、湿度値、加速度値などのセンサ値でありえることを意味しうる。しかしながら、本発明は、センサネットワークに限定されない。それ故、関数変数値はまた、異なるデータ、例えばシミュレートされたデータまたはそれ以外は供給されたデータでありえる。以下では、簡略化された方法で、それがセンサネットワークであると時々仮定される。ここで、これらの文章の一節は、当然、限定する方法で解釈されるということではなく、単により容易に理解するために役立つだけである。送信され、関数結果を計算するために使用される関数変数値は、Ｘ1〜ＸK（ｔ）によって図１に示され、一方、関数結果自体は、Ｙ（ｔ）によって示される。ここで、時間パラメータｔは、関数変数値およびチャネル影響の両方が、時間的に変動する量でありえることを表現する。
【００２３】
0005595520.tif 000004
【００２４】
以下では、一般化を制限せずに、関数受信器１２がｎR個のアンテナを含む場合が考慮される。しかし、これは、関数受信器１２が単に１つのアンテナだけを含む、すなわちｎR＝１である場合もカバーすることを考慮するという観点にあるだけである。ここで、関数受信器１２が単に１つのアンテナだけを含むとき、予歪みが関数送信器側で実行されるとき、有利である。というのも、チャネル推定フェーズは単にこの唯一のアンテナだけのために犠牲にならなければならず、更に、予歪みに関する通常動作フェーズだけが送信器で１つの受信アンテナのために必要とされ、そして、その逆も同様、後述するように受信側チャネル推定および補正の場合、いくつかのアンテナの供給は、関数結果の品質を向上させるのに有利である。このように、アンテナ番号に関して、以下の実施形態は、限定的に理解されることにはならない。一方側の関数変数値送信器１０1〜１０Kおよび他方側の関数受信器１２の内部構造および動作モードに関する詳細は、それらの協調と同様に、後ほど下で述べられるだけである。まず、第１の実施形態において、関数変数値送信器側のチャネル推定がチャネル影響のマグニチュードに限定され、その一方で、チャネル影響の位相が、予歪みにおいては考慮されず、そして、第２の実施形態において、多元接続チャネルを介して時間的に重複する方法で関数変数値送信器によって送信され、多元接続チャネルを示している統計量を決定するために、関数受信器側で所定の仮定を適用することによって、使用される一定の電力信号に基づいて、チャネル推定が関数受信器側で実行されるという事実からなる個々の実施形態の主態様に動機を与え、それを説明することが試みられる。
【００２５】
0005595520.tif 000005
【００２６】
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【００２７】
図３の説明の後で説明された上記完全な信号処理チェーンは、後で説明される図４ａ〜図４ｃおよび図５ａ〜図５ｃの実施形態において使用される。特定の所望の関数および変数に関する特定の値域を有するアプリケーションの特定の場合において、信号処理チェーンは、多元接続チャネルを介した送信に限定されうる。
【００２８】
換言すれば、図３は、一方側である個々の送信ノード１０1〜１０Kと他方側である受信ノード１２との間の個々のチャネルの多元接続チャネルのチャネル影響が重要ではない場合のための図１または図２のシステムのためのありえる完全な信号処理チェーンを示す。さらにまた、換言すれば、図３は、多元接続チャネル１８が単に使用される合計特性を含むだけであり、それ以上、関数変数値送信器１０1〜１０Kの個々の信号に影響を及ぼさないと仮定した。この仮定は、このチャネル影響が完全に知られている場合に、または、完全な複素チャネル情報の場合に関して、正当化されるだろう。この完全な複素チャネル情報は、例えば、複素チャネル影響の逆数で、多元接続チャネル１８を通過している送信信号を予め歪ませるまたは乗算するためにセンサノード１０1〜１０Kで使用されうる。それによって、多元接続チャネル１８の影響は、合計に限定されることになる。しかし、本願の記載の冒頭部分にて説明したように、マグニチュードおよび位相を含む複素チャネル影響の推定は、不経済な問題であり、したがって、チャネル推定を単純化することは非常に重要である。図４ａ〜図４ｃおよび図５ａ〜図５ｃの実施形態は、この目的を達成する。
【００２９】
両方の実施形態、すなわち図４ａ〜図４ｃのうちの一つも図５ａ〜図５ｃのうちの一つも、明示的に、所望の関数を計算するための無線多元接続チャネルを使用することが可能である。しかし、チャネルの影響は、これらの実施形態によれば、考慮されないままではなく、そして、センサノードでも受信ノードでも、完全な複素数値のチャネル情報は必要とされない。
【００３０】
図４ａ〜図４ｃの実施形態によれば、チャネルの合計特性は、関数計算のために有利であるというだけでなく、フェージング効果に対する処置上の有利な効果も有するという事実が使用される。測定値情報または変数値が送信電力として符号化されることによって、センサノードは、さらに感度が良く非常に費用のかかる位相推定を必要とするだろう予歪みのために、完全な複素チャネル係数などの完全な複素数値のチャネル影響を推定する必要はなく、ｋ番目のノードと受信アンテナとの間のチャネル影響または係数の単なるマグニチュード｜ｈk（ｔ）｜を、送信前にそれによりチャネルを反転するために、推定するだけであることが証明され、後で導き出される。これは、さらに、チャネルの各統計から独立している。図４ａ〜図４ｃを参照して説明される具体的なアプリケーションまたは具体的な実施形態において、これは、受信ノードが、センサノードは各チャネル影響のマグニチュードまたは個々の距離間のチャネル係数のマグニチュードを適切に推定するために、同時に使用する知られたパイロット系列に基づいて関数値送信を始めることができることを意味する。その後、すべての送信器は、複素係数１／ｈk（ｔ）だけでなく、単に１／｜ｈk（ｔ）｜によって、送信中に送信チャネルを反転し、それは、チャネル推定のための労力、煩雑性およびエネルギー必要量をさらに削減する。下で更に詳細に述べられ、そして、大まかに言えば、受信側で受信電力を推定するために使用される関数受信器で、二乗によって生じた合成残差誤差は、チャネル推定を簡略化するにもかかわらず、平均なしのままでいる。これは、この簡略化にかかわらず、残差誤差は、依然として平均０を有し、その結果、推定電力に関して損失を受けないことを意味する。
【００３１】
0005595520.tif 000007
【００３２】
本発明の実施形態の基本的な動作モードが上記で概説されたあと、関数変数送信器および関数受信器のシステムのための詳細な実施形態は、図４ａ〜図４ｃおよび図５ａ〜図５ｃを参照して説明される。ここで、図４ａ〜図４ｃは、送信器側のチャネル推定および送信信号の予歪みを有するシステムのための実施形態を示す。その一方で、図５ａ〜図５ｃは、チャネル推定が、仮に必要とされる場合、受信側へ移されるという点で、チャネル推定労力の更なる簡単化を提供する。ここで、チャネル影響を示す１またはいくつかの統計量は、関数変数値送信器からの一定の電力信号の重複から測定される。
【００３３】
図４ａ〜図４ｃの実施形態では、単に１つのパイロット信号だけが、後述するように、それに基づいて、関数送信器が送信器側でのチャネルを推定できるのに必要とされるように、そして、関数送信器による共通の時間的に重複する送信において、全部が同じ受信アンテナに同じ一つの受信アンテナに特別に予め歪ませることができるように、受信器が単に１つのアンテナを含むだけである点に留意する必要がある。明らかに、パイロット信号が時間順次方法で関数受信器の個々のアンテナから送信されうる手段は可能だろう。重複された送信は、ｎR回（各回が受信アンテナごとに別個のものである送信器での異なる予歪みを有する）繰り返されるが、組織的労力は、はるかにより大きいだろう。図２の名称に関連して、これは、図４の実施形態において、単にチャネル影響ｈ1,1…K＝ｈ1…Kとみなすべきであるという意味である。
【００３４】
このように、図４ａ〜図４ｃは、各々が一般の多元接続チャネル３１を介してシステム２８の関数受信器３２に無線通信の方法で接続される、関数変数値送信器または関数送信器３０1〜３０Kの複数３０を有するシステム２８を示す。多元接続チャネル３１は、例えば無線チャネルなどの無線多元接続チャネルであって、上記のように、図４の参照番号３３によって示された合計特性を有する。より正確には、多元接続チャネル３１は、複素チャネル影響ｈ1（ｔ）…、またはｈK（ｔ）（参照３３a〜３３K）によって、関数送信器からの同時に送信された送信信号に影響を及ぼすための、そして、受信アンテナ３４1の受信側でそれを合計するための特性を有する。ここで、参照番号３５1によって図４に示すように、受信器ノイズｎ1（ｔ）は受信に応じて付加される。さらにまた、換言すれば、多元接続チャネル３１は、一方の受信器ノイズｎ1（ｔ）の合計ともう一方の各複素チャネル影響ｈk（ｔ）により乗法的に影響をうけた各関数受信器３０Kの送信信号の合計３３とを受信することによって、受信アンテナ３４1までの途中で、アンテナ３６1〜３６Kで同時に送信される信号に影響を及ぼす。
【００３５】
内部的に、あらゆる関数送信器３０1〜３０Kは、同一構造を有するが、以下において、その記載および参照番号が、関数送信器３０1に限られているが、当然他の関数送信器に同様にあてはまる。関数送信器３０1は、関数送信器３０1と関数受信器３２との間の複素チャネル影響ｈnl（ｔ）のマグニチュードを推定するためのチャネル推定器３８を含む。更に、関数送信器３０1は、シンボルの系列を送信するための送信器４０を含む。ここで、シンボルの位相は、時間的にランダムに、時間的に疑似ランダム的に、または、時間的に一様分布で、確定的に、変動し、シンボルのマグニチュードは、送信される関数値ｘ1（ｔ）に依存したシンボルのためのマグニチュードであり、チャネル影響のマグニチュードの逆数に依存するがチャネル影響の位相から独立するシンボルを予め歪ませることによって関数結果に寄与する。
【００３６】
アンテナ３６1、すなわち多元接続チャネル３１へのインターフェースとは別に、送信器４０は、送信され、関数結果のための関数変数として使用される関数値ｘ1（ｔ）のための入力４２を含む。間に、送信器４１０は、内部に、後に述べられる順序で直列に接続された、定義範囲アダプタ４４、前処理変換器４６、送信器４０のための最大電力規格の遵守を確実にするための送信電力調整装置４８、開平演算器（ｒｏｏｔ  ｅｘｔｒａｃｔｏｒ）５０、前置歪み補償器（ｐｒｅ−ｄｉｓｔｏｒｔｅｒ）５２、およびシンボル系列のための振幅として前置歪み補償器５２の出力信号を使用することにより上述のシンボル系列を生成するためのシンボル系列生成器５４を含む。
【００３７】
一方では、図４ｂの実施形態によれば、関数受信器３２は、アンテナ３４1と接続して、関数結果決定器５８とパイロット信号送信器５６を含む。関数結果決定器５８は、多元接続チャネル３１へのインターフェースとして働いているアンテナ３４1と関数結果ｆが出力される関数受信器３２の出力６２との間に接続される。内部に、関数結果決定器５８は、直列に接続された、電力推定器６４、処理装置６６（その関数は下で更に詳細に述べられる）、受信電力レベル調整装置６８、後処理変換器７０、および、定義範囲リアダプタ（ｒｅａｄａｐｔｅｒ）７２を含み、それらは、インターフェース３４1と出力６２との間に述べられた順序で直列に接続される。
【００３８】
システム２８の構造を上述した後、個々のブロックおよびそれらの協力の正確な動作モードについて後述する。すでによく前述されたように、関数送信器３０1〜３０Kは、送信電力としてそれらの各関数値ｘ1〜ｘKを符号化する。このため、シンボル系列生成器５４は、複素シンボルの系列を生成する。ここで、シンボルの位相は、好ましくは、時間的にランダムに、特に互いに独立した方法で時間的にランダムに、変動する。ランダム状態は、図４ａにおいて図示されていない実数の乱数生成器によって生成されうる。しかし、擬似ランダム状態は、充分である。このように、関数送信器３０1〜３０Kの各々は、個々の疑似乱数生成器を含むことができ、各々が異なる又は少なくとも時間的に変動する乱数系列を供給する。それほど好ましくないケースは、関数送信器３０1〜３０Kのシンボル系列生成器５４が、シンボルの系列を供給し、各々が各シンボル系列内に確定的な位相応答を含んでおり、その結果、各シンボル系列の位相は、０と２πとの間のすべてのありえる位相間の均等な分布で確定的に適時に変動することである。ここで、シンボル系列は、さらにまた互いに異なり、好ましくは直交でさえあるが、すでに上述され、下で更に詳細に述べられる、システム２８の範囲内で同期の要件をゆるめることに関する利点が失われる。このように、以下では、これらがシンボル系列内のランダム又は疑似ランダム時間で変動する位相を有するシンボル系列であることと、個々の関数送信器３０1〜３０K間の位相応答の統計的独立が存在することが仮定される。
【００３９】
更に下で後述するように、シンボル系列ごとのシンボル数を増加させるとともに、関数受信器３２の出力６２の関数結果の精度は上がる。シンボル系列の振幅、したがってシンボル系列の送信電力は、シンボル系列生成器５４によって調整され、各々が入力４２で各関数値に依存する。このため、関数値は、図３を参照して説明されたように、多元接続チャネル３１による合計３３が結果として所望の関数ｆになるように最初に適合される。特に、定義範囲アダプタ４４は、図３を参照して上述された関数ｇを入力４２の関数値に適用する。ここで、結果ｒ1（ｔ）は、また図３を参照して上述された関数φ1によって前処理変換器４６によって再び変換される。送信電力調整装置４８は、値αを前処理変換器４６の結果に乗算する（図３参照）。その結果、入力４２の関数変数値による送信電力設定は、各関数送信器の特定の最大送信電力を上回ることにはならない。係数αは、すべての関数送信器３０1〜３０Kに関する係数である。それはまた、関数ｇに適用され、前処理関数φ1〜φKにも適用されうる。最後に、関数値は入力４２で送信電力として符号化されることになるので、送信電力調整装置４８の結果は、開平演算器５０によって開平（ｒｏｏｔ  ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）する。そのようにして得られた値は、次に、チャネル推定器３８によってそのまま供給される各複素チャネル影響のマグニチュードによって予歪される。複素チャネル影響のマグニチュードは、例えば、スカラー、すなわち位相が関数受信器３２と多元接続チャネル３１により影響を受けた各関数送信器３０1との間の位相ずれを示すが、前置歪み補償器５２によって無視され、そのマグニチュードが多元接続チャネルによる各信号の弱化を示す複素数のマグニチュードである。位相の省略または無視が出力６２でその後の結果の正確さを変化させないことの数学的理由が以下で提供される。
【００４０】
このようにして予歪されて、入力４２で関数変数値から得られた振幅値は、次に他の関数送信器の他の各シンボル系列と同時にインターフェース３６1またはアンテナ３６1を介して多元接続チャネル３１に渡されるシンボル系列ｓ1（ｔ）のシンボルの振幅として使用される。同時性は、関数送信器３０1〜３０K間に高精度の同期を必要としない。例えば、関数送信器は３０1〜３０Kは、これらの送信器３０の時間的に重複しているシンボル系列の開始時刻の標準偏差はシンボルの系列の１シンボル周期より小さいように、単に互いに同期させられる精度で作動するだけである。
【００４１】
多元接続チャネル３１において、個々の送信されたシンボル系列は、関数受信器３２のアンテナ３４1までの途中で、異なる複素チャネル影響、すなわち、例えば第１の関数送信器３６1に関するｈ1（ｔ）を経験する。それの合計３３は、付加された受信器ノイズｎ1（ｔ）を有するアンテナに達する。そのようにして得られた受信信号ｙ1（ｔ）＝ｙ（ｔ）は、次に、例えば連続的に二乗および積算によって、シンボルの数の時間区間またはシンボル時間区間だけ低減された時間区間などのわずかに短い時間にわたって受信信号を二乗して、積算することによって、または、複素ベースバンド信号をサンプリングして、それに続いて複素サンプルを二乗し、合計することによって、各受信電力決定器６４における受信側で受信電力に関して検査される。シンボル系列のキャラクタおよび受信側の二乗によって、決定器６４で決定された受信電力の平均値などのその中心傾向または期待値が、前置歪み補償器５２またはチャネル推定器３８のチャネル推定における送信側の簡単化によって、付加受信器ノイズｎ（ｔ）とは別で、影響を受けないままである、または、多元接続チャネル３１の個々のチャネルのチャネル影響の位相または位相影響に無相関であることは明らかとなる。
【００４２】
0005595520.tif 000008
【００４３】
次の実施形態が説明される前に、幾つかの一般化オプションについて端的に述べられる。明らかに、装置４４および７２が供給されることは、必要とされない。例えば、入って来る関数変数値ｘ1〜ｘKのあり得る値の範囲は、許容範囲にすでに整合されうる。加えて、関数ｇおよびφ1またはψおよびｇ-1への分離は、強制的ではなく、２つの関数はまた、互いに組み合わせることもできる。同じことは、演算４８、５０または６８および６６にあてはまる。送信側に係数αまたは受信側に１／αを適用することは、最大送信電力を上回ることが送信される関数変数値の性質または値域によって本来的に除外されるときに、省略されることもできる。
【００４４】
前記説明は、それぞれ調整された振幅または送信電力を有するシンボル系列の時間的に重複している送信のパス上の一組の関数変数値ｘ1〜ｘKを送信する方法を示す。関数送信器３０をどのように同期するか、および、そのチャネル推定器３８がアンテナ３４1へのチャネル推定をどのように実行することができるかについて、以下で述べる。パイロット信号送信器５６は、各パス上の多元接続チャネル３１を介して、個々の関数送信器３０1〜３０Kに達するパイロット信号を送信するために実行されうる。このパイロット信号によって、チャネル推定器３８は、次に各チャネル影響のマグニチュードを推定する。特に、例えば、パイロット信号送信器５６がアンテナでパイロット信号を送信するための断続的に生じているチャネル推定フェーズを使用することは、可能である。次に、関数送信器のチャネル推定器３８は、断続的に生じているチャネル推定フェーズにおいて、関数受信器３２のアンテナ３４1への多元接続チャネル３１の複素チャネル影響のマグニチュード、すなわち１つのチャネル影響マグニチュードを推定する。これらの順次パイロット信号を介して、関数送信器３０はまた、通常の時間軸に同期することもできる。ここで、上述のように、同期の精度は良いものである必要はない。
【００４５】
0005595520.tif 000009
【００４６】
0005595520.tif 000010
【００４７】
以下では、図５ａ〜図５ｃの実施形態について説明する。図４に示されるものと等しい要素は、図５ａ〜図５ｃにおいて同じ参照番号を与えられ、その反復される説明は繰り返しを防止するために省略される。むしろ、以下の記載は、図４ａ〜図４ｃの実施形態との違いに集中する。図４ａ〜図４ｃの記載においてすでに述べられたように、図４ａ〜図４ｃの実施形態に反して、図５ａ〜図５ｃのシステム８８において、チャネル推定が、関数送信器３０1〜３０Kにおいて生じない。したがって、チャネル推定器３８は、関数変数値入力４２と多元接続チャネルインタフェース３６1との間の信号チェーンにおいて、前置歪み補償器だけでなく、関数送信器３０1〜３０Kで抜かしている。通常動作フェーズにおいて、図５のシステム８８の関数送信器３０1〜３０Kは、むしろ、各開平演算器５０の出力で生じている振幅を有し、ランダムな位相を有し、予歪みのないそれらの各シンボル系列を送信する。多元接続チャネル３１の合計特性は、シグマ記号において上つきインデックス１…ｎR、加算３５1…３５nR、およびｎR個のアンテナ３４1…３４ｎRとＫ個の送信アンテナ３６1…３６Kとの間の距離のそれぞれに影響を及ぼしている複素チャネルによって示されたように、明らかに、数回起こる。
【００４８】
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【００４９】
チャネル推定は、図５ａの実施形態によって、受信側に実行される。このため、関数送信器は、断続的に生じているチャネル推定フェーズにおいて、すべての送信器３０1〜３０Kに関して同じである電力を有する信号などの一定の電力信号を送信する。一定の電力信号は、例えば同時に同期の精度に関連して、時間的に重複している方法で関数送信器３０1〜３０Kによって送信される。ここで、図４ａ〜図４ｃの実施形態のように、同期精度は低減させられうる。このように、多元接続チャネル３１の特性によって生じて、各ｎ番目のアンテナ３４nのための各受信器ノイズｎn（ｔ）を加えた各複素チャネル影響によって修正された個々の一定の電力信号の合計された重ね合わせは、結果としてアンテナ３４1〜３４nRに生じる。関数受信器３２は、パイロット信号送信器を有さないが、チャネル推定器９０を有する。チャネル推定器９０は、チャネル推定フェーズにおいて受信された多元接続チャネル信号から、統計的に多元接続チャネル３１のチャネル影響を示す以下で更に詳細に特定される統計量を推定するために、そして、関数結果計算器５８にこの量を出力するために供給される。歪み補償器８２は、チャネル推定器９０から、チャネル影響を示すための上述の統計量から、モジュール６８’によって出力された平均された受信電力値が歪まされて、処理装置６６に結果をどのように通すかの情報を受信する。処理装置６６は、通常動作フェーズにおいて、図４ａ〜図４ｃを参照してすでに説明された、各受信ノイズを有する決定された受信電力の修正をさらに実行する。その前にすでに、チャネル歪み補償器８２は、チャネル影響の逆数によって、平均された受信電力の補正を供給した。換言すれば、チャネル歪み補償器８２は、チャネル推定９０によって供給された統計量に基づいて、再度受信アンテナにわたって平均化された決定された受信電力の中心傾向への多元接続チャネル３１の影響を反転する、またはそれのバランスをとる。この点に関する詳細が、以下で与えられる。ここで、チャネル影響のこの補正は多元接続チャネル３１が特定の特性を含む場合において省略されさえもできることも明らかになりうる。本実施形態において、チャネル推定器９０は、１／α送信電力によって補正され、平均化された受信電力値に基づいたそのチャネル推定を実行し、断続的に生じるチャネル推定フェーズにおいて断続的にそれをする。このため、チャネル推定器９０は、平均化された受信電力信号の到来が影響を及ぼさないままにするように、チャネル推定フェーズにおいて、チャネル受信器８２に命令し、チャネル推定器９０は、例えばチャネル推定器９０の入力へのゼロ信号の適用のために、チャネル推定フェーズにおいて、および、通常動作フェーズにおいて、チャネル推定器９０の入力へのチャネル歪み補償器８２の出力の接続を供給するスイッチ８４を介して、チャネル歪み補償器の出力と接続される。チャネル推定器９０は、入ってくる平均化された受信電力信号に基づいて、多元接続チャネル３１のチャネル影響を示している統計量を推定し、それがチャネル影響を反転するように、チャネル歪み補償器８２に、通常の動作フェーズ全体のこのチャネル影響を反転している各値を適用する。例えば、推定す���ことは、単に、特に送信器３０間で等しい一定の電力の送信信号の重複に対応するチャネル推定フェーズの多元接続信号の場合における受信アンテナ全体で平均化された、入ってくる受信エネルギーまたは電力を検出することを含むだけである。というのも、検出されたまたはサンプリングされた受信アンテナでの送信の平均エネルギーまたは電力が、統計二次モーメントに対応するからである。詳細について以下で説明する。
【００５０】
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【００５１】
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【００５２】
図５ａ〜図５ｃのシステム８８の構成の残りは、図４ａ〜図４ｃを参照して説明されたものと同一であり、そのことが詳細な議論が省略される理由である。むしろ、いくつかのシミュレーション結果および前記実施形態の基礎をなす考えの数学的説明図について論ずる。
【００５３】
前記実施形態は、測定値または受信ノードで異なる方法で得られた値の関数を計算する目的で、そのような方法で集められたデータを処理し、それをシンクに送信している、例えば、無線センサネットワークまたは他のいかなるネットワークが特定の情報源をモニターしているまたは読み出している一まとまりのセンサまたは送信ノードとみなされうるかのオプションを示した。このため、以下では完全なＣＳＩ（チャネル状態情報（Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｓｔａｔｅ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ））と呼ばれるチャネル状態情報の完全な推定によって、フェージングの基礎をなすまたは多元接続チャネルを使用する、明細書本文の冒頭部分で説明された解決策とは対照的に、チャネル推定労力が低減される課題は、対処される。以下では、良い推定を効率よく得るために、センサノードなどのチャネル状態情報をあまり使用しないことが可能であることの説明が与えられる。以下の証明は、例えば、完全なまたは複素数値のチャネル状態情報の代わりに、全てのセンサノードは、チャネル係数などの各チャネル影響のマグニチュードを供給されるだけであるとき、フェージング分布から独立して、実行損失が遂行されないことを示す。特定の独立分散型フェージング環境の場合、そして、特に、受信ノードのいくつかのアンテナ素子の場合、センサノードのチャネル状態情報についての知識が必要とされないことも示され、下で更に詳細に述べられる特定の統計チャネル知識に基づいて、フェージング効果の非常に単純で、まだ非常に有効な修正は受信側で実行されることができる。場合によっては、フェージングは、基礎をなすチャネルの多元接続の性質のため、推定精度を改善する。
【００５４】
本願の明細書の冒頭部分において言及された論文の基本的な仮定は、上述されたように、「完全なＣＳＩ」として以下に参照される、送信より前のセンサノードの複素数値のチャネル状態情報についての完全な認識であった。その結果、全てのノードは、受信ノードに完全にそれ自身のチャネルを完全に反転すること、または、完全な予歪みを実行することが可能だった。以下では、まず、フェージングによって受信ノードで生じた関数結果値の逆効果は分析され、そして、いったいどれくらいのチャネル状態情報がセンサノードまたは受信ノードで必要とされるかの問題について取り組む。フェージング分布と独立して、チャネル係数のマグニチュードが完全なＣＳＩと比較して実行損失のない推定を実行するのに十分であることが示される。チャネル推定のこの軽減されたバリエーションは、「モジュラスＣＳＩ」と呼ばれる。ここで、モジュラスは「マグニチュード」を意味する。それより上で、特定の独立して分布したフェージング環境のために、センサノードのチャネル推定情報が全く必要とされないことが示される、そして、フェージング効果は受信側の二次統計チャネル知識を使用することにより修正されることができる。従って、その結果は、実行損失なしでも、前記実施形態、すなわちノードのチャネル情報のマグニチュードが完全なチャネル情報と比較して著しく低減されうる実施形態においてすでに使用されたものを実証する。そして、それは全体のネットワークの減じた煩雑性および非常により高いエネルギー効率に等しい。
【００５５】
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【００５６】
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【００５７】
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【００５８】
これらの明細書については、以下の考慮のために最も重要な基礎的要素は、正確な形で定義される。
【００５９】
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【００６０】
ＳＩＭＯ―ＷＳ―ＭＡＣは、多元接続ごとに一般の無線インターフェースを共有している一まとまりのＫ個のＳＩＭＯ―リンクである。式１は、ＷＳ―ＭＡＣの数学的特性、すなわち、合計を供給する。そして、それは、所望の関数と基礎をなす多元接続チャネルとの間に一致する場合、所望の関数計算のために明示的に使用されうる。
【００６１】
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【００６２】
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【００６３】
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【００６４】
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【００６５】
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【００６６】
0005595520.tif 000023
【００６７】
0005595520.tif 000024
【００６８】
0005595520.tif 000025
【００６９】
0005595520.tif 000026
【００７０】
以下では、計測時間インスタンスｔの明示的記号は、省略される。
【００７１】
0005595520.tif 000027
【００７２】
0005595520.tif 000028
【００７３】
以下では、ＷＳ―ＭＡＣに関して関数の計算に対するフェージング効果の影響は、ちょうど上で説明された方式を使用して、分析される。これに関連して、センサノードおよび受信ノードのチャネル情報に関する様々な仮定がなされる。それより上で、受信器で多連装アンテナを考慮することは、特定のフェージング環境で、多連装アンテナが関数再構成品質を改善して、それより上で、非常にチャネル推定労力を削減することを示すことによって正当化される。ここで、一方では、以下では、チャネル推定エラーが考慮から除外されている点に留意する必要がある。
【００７４】
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【００７５】
0005595520.tif 000030
【００７６】
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【００７７】
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【００７８】
この定理を立証するために、以下の補助定理が役立つ。
【００７９】
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【００８０】
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【００８１】
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【００８２】
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【００８３】
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【００８４】
上記説明は、単に複素チャネル影響のマグニチュードだけを考慮している送信器側の減じたチャネル推定が、関数結果精度の損失なしであるが、チャネル推定労力の大幅な省力または実行されるチャネル推定の精度利得を有して可能であることを示す。
【００８５】
0005595520.tif 000038
【００８６】
0005595520.tif 000039
【００８７】
0005595520.tif 000040
【００８８】
0005595520.tif 000041
【００８９】
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【００９０】
0005595520.tif 000043
【００９１】
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【００９２】
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【００９３】
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【００９４】
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【００９５】
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【００９６】
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【００９７】
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【００９８】
ここで、説明された実施形態が独立フェージング環境に限られていない点に明確に留意される必要がある。ある程度は、個々のチャネル係数はまた、互いに相関しうる。そして、それは方法の適用性に影響を及ぼさない。
【００９９】
本明細書の冒頭部分において説明された解決策において必須であるように、上記の実施形態は、強調されなければならないが、特別なプロトコル構造なしで済ますことができる。少なくとも、プロトコル構造は、それが使用されなければならない場合であっても、非常により単純である。このように、上記実施形態は、大幅なエネルギー効率を供給し、非常に低煩雑性を有し、有意な同期労力を必要とせず、測定データのアナログ／デジタル変換を必要とせず、実際に実施するのに非常にロバストであり、容易である。しかしながら、上記実施形態で最も決定的な利点は、個々のセンサノードのチャネル推定のために非常に低減された労力である。無線接続のセンサにおける応用環境が特定の特性を有する場合でさえ、上記実施形態のいくつかは、送信側で全くチャネル推定することなしで、それを使用する。そのことは、各チャネル推定なしでの競合する方法が非常に限られた方法でしか使用可能でない、または、全く使用可能でないので、結果としてセンサネットワークの巨大な資源節約をもたらす。
【０１００】
このように、前記実施形態は、個々のノードの測定値情報の再構成が主な目的ではなく、その代わりに、受信ノードがセンサデータの所望の関数に関与する非常に多くの数の異なる無線センサネットワークアプリケーションにおいて使用されることができる。加えて、上記の実施形態の使用は、クラスタヘッドの測定値情報を圧縮するためにクラスター形成されたネットワークのモジュールとして適切である。それによって、全体のネットワークで送信される情報のマグニチュードは、大幅に削減されることができる。更に、「物理ネットワーク符号化」のための使用は、それが一次関数の特殊ケースを示すので、可能である。
【０１０１】
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【０１０２】
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【０１０３】
要約すると、これらの実施形態によって、所望の関数を算出するために無線ＭＡＣのチャネル重ね合わせを使用することが可能であることは、実施形態に関して述べられうる。ここで、前処理および後処理関数は無線ＭＡＣの自然の数学的特性を拡張することができる。その結果、「加算」とは別に、また、算術演算「乗算」などが可能である。シンボルの正確な同期を必要としているシンボル的なアプローチは、上記の実施形態において必要とされない。実施形態は、測定情報をランダムな位相系列の送信電力として符号化した。その結果、正確な同期は必要とされなかった。プロトコル労力も、低い。全般的に見て、チャネル推定労力の大幅な低減となる。
【０１０４】
図４ａ〜図４ｃおよび図５ａ〜図５ｃに戻ると、上記説明は、ブロック４４、４６、４８および５０が、送信電力として符号化するために必要な定義範囲にその定義範囲を整合することによって、および、振幅変調された方法で多元接続チャネル３１の他の関数送信器に同時に通過する、次に各シンボル系列のための振幅として使用される、振幅値に送信電力制限の遵守を整合する又は確実にすることによって、入力４２で送信されるように各関数変数値をマップすることを示した。図４ａ〜図４ｃの場合、予歪みは、振幅設定値で複素チャネル影響のマグニチュードの逆数によって実行される。あらゆる受信アンテナで、シンボルの合計重ね合わせが生じ、関数系列の長さにわたって統合された二乗モジュラスが、図４ａ〜図４ｃの実施形態によれば、モジュール６６の各受信器ノイズによって単に減算的に修正されなければならないだけである期待値を有する。図５ａ〜図５ｃの実施形態によれば、その後、チャネル影響の平均および分散の二乗の合計で、または、受信アンテナと送信器との間の個々の距離に関する個々のチャネル影響の二次モーメントの合計で、受信電力を割ることによって、それが各受信アンテナの一定の電力信号の重ね合わせの受信から、特に関数送信器によって送信される個々の受信アンテナの合計された受信電力の評価からの推定によって、結果が生じるように、チャネル歪みが実行される。モジュール７２、７０および６８は、単に関数変数定義範囲領域への受信電力の再変換のみを供給する。ここで、類似して、すなわちアナログ回路技術において、入力４２と出力５４または入力３４1と出力６２間の全ての要素は実施されうる点に特に留意される必要がある。
【０１０５】
前記実施形態において、各システム説明が、例えば図４ａ〜図５ｃにおいて、複素ベースバンドにあった点に留意する必要がある。それは、変調器、復調器、ミキサなどの、キャリア信号領域から複素ベースバンドへの送信に影響を及ぼす関数受信器と関数変数送信器の要素が、明示的に述べられないが、明らかに送信器出力または受信入力などの各システムの一部である理由であり、特に上述の説明において使用された生じるチャネル、ノイズおよび受信量が複素数値である理由である。例えば、変調器は、９０°だけそれぞれオフセットされた同じ搬送周波数の振動信号に、複素シンボルの実部および虚部を変調するために、そして、その後変調搬送波信号を得るための後者を混合するために、アンテナ３６#とシンボル生成器５４との間の各関数変数送信器の出力に存在しうる。そして、Ｉ／Ｑ復調器などの各復調器は、例えば、アンテナ３４#と電力決定器６４との間の関数受信器の入力に存在しうる。
【０１０６】
いくつかの態様は、装置に関連して説明されたが、これらの態様はまた各方法の説明を示すことは明らかである。その結果、ブロックまたは装置のデバイスは各方法ステップまたは方法ステップの機能としてみなされうる。類似して、方法ステップに関連して、または、方法ステップとして説明された態様は、各ブロックまたは詳細または各装置の機能の説明を示す。
【０１０７】
実現要求に応じて、本発明の実施形態は、ハードウェアにおいて、または、ソフトウェアにおいて実行されることができる。実現は、デジタルメモリ媒体、例えばフロッピー（登録商標）、ＤＶＤ、ブルーレイ・ディスク、ＣＤ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭまたはＦＬＡＳＨメモリ、ハード・ドライブまたはそこに格納された電子的に読み込み可能な制御信号を有する他のいかなる磁気または光学メモリを用いてなされることができる。そして、各方法が実行されるように、それはプログラミング可能な計算機システムと協同するまたは協動することができる。このように、デジタルメモリ媒体は、コンピュータ可読でありえる。本発明によるいくつかの実施形態は、本願明細書において説明された方法のうちの１つが実行されるように、プログラミング可能な計算機システムと協動することができる電子的に読み込み可能な制御信号を含んでいるデータキャリアを含む。
【０１０８】
通常、本発明の実施形態は、プログラムコードを有するコンピュータプログラム製品として実行されることができる。ここで、コンピュータプログラム製品がコンピュータ上で動作するときに、プログラムコードはそれらの方法のうちの１つを実行するのに効果的である。プログラムコードは、例えば、機械で読み取り可能なキャリアに格納されることもできる。
【０１０９】
他の実施形態は本願明細書において説明された方法のうちの１つを実行するためのコンピュータプログラムを含む。ここで、コンピュータプログラムは、機械読み取り可能なキャリアに格納される。
【０１１０】
換言すれば、コンピュータプログラムがコンピュータ上で動作するときに、発明の方法の実施例は本願明細書において説明される方法のうちの１つを実行するためのプログラムコードを含んでいるコンピュータプログラムである。本発明の方法の更なる実施形態は、したがって本願明細書において説明された方法のうちの１つを実行するためのコンピュータプログラムが格納されるデータキャリア（またはデジタルメモリ媒体またはコンピュータ可読媒体）である。
【０１１１】
本発明の方法の更なる実施形態は、したがって本願明細書において説明された方法のうちの１つを実行するためのコンピュータプログラムを示しているデータストリームまたは信号の系列である。データストリームまたは信号の系列は、例えば、データ通信接続を介して、例えばインターネットを介して転送されることが可能であるように構成されうる。
【０１１２】
更なる実施形態は、処理手段、例えば本願明細書において説明される方法のうちの１つを実行するように構成された又は適合されたコンピュータまたはプログラム可能な論理回路を含む。
【０１１３】
更なる実施形態は、本願明細書において説明された方法のうちの１つを実行するためのコンピュータプログラムがインストールされるコンピュータを含む。いくつかの実施形態では、プログラム可能な論理回路（例えば論理プログラミング可能デバイス、ＦＰＧＡ）は、本願明細書において説明された方法のいくつかまたはすべての機能を実行するために使用されうる。
【０１１４】
いくつかの実施形態では、論理プログラミング可能デバイスは、本願明細書において説明された方法のうちの１つを実行するために、マイクロプロセッサと協動することができる。通常、いくつかの実施形態では、それら方法は、ハードウェア装置によっても実行される。それは、コンピュータプロセッサ（ＣＰＵ）などの普遍的に使用可能なハードウェアまたは方法のためのＡＳＩＣなどのハードウェア特性でありえる。
【０１１５】
上記の実施形態は、単に本発明の原理の図だけを示す。明らかなことに、本願明細書において説明された装置および詳細の修正変更が他の当業者にとって明らかである。このように、本発明が単に以下の請求項の範囲によってのみ限定され、本願明細書の実施形態に関する記載および議論に基づいて示された具体的な詳細によっては限定されないことが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
0005595520.tif 000065
【図８ｃ】
0005595520.tif 000066
【図８ｄ】
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【図８ｅ】
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【図８ｆ】
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