光電脈波（ＰＰＧ）データのアンダーサンプリングされた収集および送信ならびに受信機におけるフルバンドＰＰＧデータの再構成のための方法および装置
本開示のいくつかの態様は、圧縮感知（ＣＳ）のための方法に関する。ＣＳは、シャノン／ナイキストサンプリング定理によって提案されるセンサ測定よりも著しく少数のセンサ測定を使用して、任意に高い分解能で信号を復元することができる、信号処理概念である。本開示では、ＣＳフレームワークは、ヘルスケアおよびフィットネス適用例のためのボディエリアネットワーク（ＢＡＮ）において低電力の頑丈なセンサおよび確実な通信をサポートするために、センサ信号処理に適用される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
米国特許法第１１９条に基づく優先権の主張
本特許出願は、本出願の譲受人に譲渡され、参照により本明細書に明確に組み込まれる、２００８年９月２６日に出願された仮出願第６１／１００，６５４号および２００８年９月２９日に出願された仮出願第６１／１０１，０５６号の優先権を主張する。
【０００２】
本開示のいくつかの態様は、一般に信号処理に関し、より詳細には、信号のアンダーサンプリングされた収集、送信、および再構成のための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
圧縮感知（ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｅｎｓｉｎｇ：ＣＳ）は、シャノン（Ｓｈａｎｎｏｎ）／ナイキスト（Ｎｙｑｕｉｓｔ）サンプリング定理によって提案されるセンサ測定よりも著しく少数のセンサ測定を使用して、任意に高い分解能で信号を復元することができる、新興の信号処理概念である。これは、感知されている信号が、ある領域において本質的に圧縮可能またはスパースであるときに可能である。Ｍ≪ｆs／２であり、ｆsが、ナイキストサンプリングレートなど、提案されるサンプリングレートである、Ｍ非ゼロスペクトル成分をもつ帯域制限信号のクラスについて考える。旧来、そのような信号は、より効率的な送信および／または記憶のために収集後に圧縮できる。
【０００４】
ＣＳフレームワークでは、その収集処理（すなわち、感知すること）は、ソース圧縮に一体化することができ、信号のスパースな性質とは無関係なものとすることができる。しかしながら、このスパーシティ情報は、信号再構成を実行するために受信機側において必要とされることがある。ＣＳフレームワークにおける測定は、一般に、信号とランダム基底関数との内積として定義される。これらの信号は、少なくとも２Ｍサンプルが受信機において利用可能であれば、正確に復元できるが、受信機において若干の計算複雑性が追加される。これは、ボディエリアネットワーク（ｂｏｄｙ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ：ＢＡＮ）において採用されるセンサの可使時間を増加させるためにフレキシブルな電力量で計算複雑性がノードにシフトされるので、ＢＡＮに関して有用であることがある。
【０００５】
ＣＳパラダイムは、信号検出／分類、イメージング、データ圧縮および磁気共鳴イメージング（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ：ＭＲＩ）に関係する適用例のために使用できる。改善された信号忠実度および優れた認識パフォーマンスに関するＣＳの利益が報告されている。本開示では、ヘルスケアおよびフィットネス適用例のためのＢＡＮ内に低電力センサを設けるためのＣＳベースの信号処理を提案する。
【０００６】
ヘルスケア適用例におけるＢＡＮの重要な側面は、センサ電力および通信待ち時間を最小限に抑えながら、センサ（すなわち、送信機）とアグリゲータ（すなわち、受信機）との間の確実な通信リンクを提供することである。以前に、マルチホップワイヤレスネットワークに関して最高５０％のパケットロス率が観測されたことが報告されている。しかしながら、そのパケットロスパフォーマンスは、サービス品質（Ｑｕａｌｉｔｙ oｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ：ＱｏＳ）アウェアなネットワークを採用することによって改善できる。一方のチャネルを緊急警報メッセージのために確保することができる、デュアルチャネル手法が適用できる。その結果として、５％〜２５％のより低いパケットロス率が観測され得る。しかしながら、パケットロス率はネットワーク輻輳とともに増加することがある。
【０００７】
さらに、ＢＡＮシナリオ内での前方誤り訂正（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ：ＦＥＣ）符号化の使用が探究されている。ＦＥＣ方式を使用することによって、通信待ち時間に関して秒のオーダーの小さい残余パケットロス率が観測され得る。また、ジェネラルパケットラジオサービス（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐａｃｋｅｔ Ｒａｄｉｏ Ｓｅｒｖｉｃｅ：ＧＰＲＳ）リンクを介した心電図（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｃａｒｄｉｏｇｒａｍ：ＥＣＧ）信号の送信が調査され、通信待ち時間に関して秒のオーダーの小さいロス率が達成されている。ＦＥＣを使用することの利益はあるが、送信帯域幅およびセンサ複雑さが増加する。一方、再送信に基づく技法は、ＦＥＣ手法と比較して帯域幅不利益は小さくなるが、送信機においてパケットをバッファする必要があるので、センサの複雑さが大きくなる。また、ラウンドトリップタイムに比例した待ち時間不利益がある。
【０００８】
したがって、当技術分野では、所与のパケットロス率に関する特定用途向け客観的品質メトリックを損なうことなしに、送信機における帯域幅オーバーヘッドがより低く、計算複雑性がより低く、より長いセンサの寿命につながる方法が必要である。
【発明の概要】
【０００９】
いくつかの態様は、信号処理のための方法を提供する。本方法は、一般に、ある装置において、非一様サンプリングインスタンスを生成することと、複数の非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知することとを含む。
【００１０】
いくつかの態様は、信号処理のための装置を提供する。本装置は、一般に、非一様サンプリングインスタンスを生成するように構成された生成器と、複数の非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知するように構成されたセンサとを含む。
【００１１】
いくつかの態様は、信号処理のための装置を提供する。本装置は、一般に、非一様サンプリングインスタンスを生成するための手段と、複数の非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知するための手段とを含む。
【００１２】
いくつかの態様は、信号処理のためのコンピュータプログラム製品を提供する。本コンピュータプログラム製品は、非一様サンプリングインスタンスを生成することと、複数の非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知することとを行うように実行可能な命令を備えるコンピュータ可読媒体を含む。
【００１３】
いくつかの態様は感知デバイスを提供する。本感知デバイスは、一般に、非一様サンプリングインスタンスを生成するように構成された生成器と、少なくとも複数の非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知するように構成されたセンサと、感知されたサンプルを送信するように構成された送信機とを含む。
【００１４】
いくつかの態様は、信号処理のための方法を提供する。本方法は、一般に、ある装置において、他の装置から信号のサンプルを受信することと、上記他の装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断することと、非一様サンプリングインスタンスの判断されたセットを使用して、受信したサンプルから上記信号を再構成することとを含む。
【００１５】
いくつかの態様は、信号処理のための装置を提供する。本装置は、一般に、他の装置から送信された信号のサンプルを受信するように構成された受信機と、上記他の装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断するように構成された回路と、非一様サンプリングインスタンスの判断されたセットを使用して、受信したサンプルから上記信号を再構成するように構成された再構成器とを含む。
【００１６】
いくつかの態様は、信号処理のための装置を提供する。本装置は、一般に、他の装置から送信された信号のサンプルを受信するための手段と、上記他の装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断するための手段と、非一様サンプリングインスタンスの判断されたセットを使用して、受信したサンプルから上記信号を再構成するための手段とを含む。
【００１７】
いくつかの態様は、信号処理のためのコンピュータプログラム製品を提供する。本コンピュータプログラム製品は、ある装置から送信された信号のサンプルを受信することと、上記装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断することと、非一様サンプリングインスタンスの判断されたセットを使用して、受信したサンプルから上記信号を再構成することとを行うように実行可能な命令を備えるコンピュータ可読媒体を含む。
【００１８】
いくつかの態様はヘッドセットを提供する。本ヘッドセットは、一般に、ある装置から送信された信号のサンプルを受信するように構成された受信機と、上記装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断するように構成された回路と、非一様サンプリングインスタンスの判断されたセットを使用して、受信したサンプルから上記信号を再構成するように構成された再構成器と、上記再構成された信号に基づいてオーディオ出力を与えるように構成されたトランスデューサとを含む。
【００１９】
いくつかの態様は時計を提供する。本時計は、一般に、ある装置から送信された信号のサンプルを受信するように構成された受信機と、上記装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断するように構成された回路と、非一様サンプリングインスタンスの判断されたセットを使用して、受信したサンプルから上記信号を再構成するように構成された再構成器と、上記再構成された信号に基づいて指示を与えるように構成されたユーザインターフェースとを含む。
【００２０】
いくつかの態様は監視デバイスを提供する。本監視デバイスは、一般に、コネクタと、コネクタを介して、ある装置から送信された信号のサンプルを受信するように構成された受信機と、上記装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断するように構成された回路と、非一様サンプリングインスタンスの判断されたセットを使用して、受信したサンプルから上記信号を再構成するように構成された再構成器と、上記再構成された信号に基づいて指示を与えるように構成されたユーザインターフェースとを含む。
【００２１】
いくつかの態様は、信号処理のための方法を提供する。本方法は、一般に、複数の非一様サンプリングインスタンス中にソースを作動させることと、複数の非一様サンプリングインスタンス間でソースを停止させることとを含む。
【００２２】
いくつかの態様は、信号処理のための装置を提供する。本装置は、一般に、複数の非一様サンプリングインスタンス中にソースを作動させるように構成された作動回路と、複数の非一様サンプリングインスタンス間でソースを停止させるように構成された停止回路とを含む。
【００２３】
いくつかの態様は、信号処理のための装置を提供する。本装置は、一般に、複数の非一様サンプリングインスタンス中にソースを作動させるための手段と、複数の非一様サンプリングインスタンス間でソースを停止させるための手段とを含む。
【００２４】
いくつかの態様は、信号処理のためのコンピュータプログラム製品を提供する。本コンピュータプログラム製品は、一般に、複数の非一様サンプリングインスタンス中にソースを作動させることと、複数の非一様サンプリングインスタンス間でソースを停止させることとを行うように実行可能な命令を備えるコンピュータ可読媒体を含む。
【００２５】
いくつかの態様は感知デバイスを提供する。本感知デバイスは、一般に、複数の非一様サンプリングインスタンス中にソースを作動させるように構成された作動回路と、複数の非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知するように構成されたセンサと、複数の非一様サンプリングインスタンス間でソースを停止させるように構成された停止回路とを含む。
【００２６】
本開示の上述の特徴を詳細に理解することができるように、添付の図面にその一部を示す態様を参照することによって、上記で簡単に要約したより具体的な説明を得ることができる。ただし、その説明は他の等しく有効な態様に通じるので、添付の図面は、本開示のいくつかの典型的な態様のみを示し、したがって、その範囲を限定するものと見なすべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本開示のいくつかの態様による、例示的なワイヤレス通信システムを示す図。
【図２】本開示のいくつかの態様による、ワイヤレスデバイスにおいて利用できる様々な構成要素を示す図。
【図３】本開示のいくつかの態様による、ワイヤレス通信システム内で使用できる例示的な送信機と例示的な受信機とを示す図。
【図４】本開示のいくつかの態様によるボディエリアネットワーク（ＢＡＮ）の一例を示す図。
【図５】本開示のいくつかの態様による、ＢＡＮ内で使用されるセンサのアレイの例示的なブロック図。
【図６】本開示のいくつかの態様による、ＢＡＮ内で使用されるアグリゲータの例示的なブロック図。
【図７】本開示のいくつかの態様による時間領域光電脈波（ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈ：ＰＰＧ）信号とその周波数スペクトルとの一例を示す図。
【図８】本開示のいくつかの態様による時間領域心電図（ＥＣＧ）信号とその周波数スペクトルとの一例を示す図。
【図９】本開示のいくつかの態様によるＰＰＧ信号の周波数スペクトルの別の例を示す図。
【図１０】本開示のいくつかの態様によるＰＰＧ信号とガボール空間におけるＰＰＧ信号の変換との一例を示す図。
【図１１】本開示のいくつかの態様による、異なるアンダーサンプリング比（ｕｎｄｅｒ−ｓａｍｐｌｉｎｇ ｒａｔｉｏ：ＵＳＲ）を使用して得られる再構成された信号の比較を示す図。
【図１２】本開示のいくつかの態様による、異なるＵＳＲに関する圧縮感知（ＣＳ）フレームワークに基づく心拍数（ｈｅａｒｔ ｒａｔｅ：ＨＲ）推定の比較を示す図。
【図１３】本開示のいくつかの態様による、異なるＵＳＲに関するＣＳフレームワークに基づくＰＰＧ信号再構成の比較を示す図。
【図１４】本開示のいくつかの態様による、ＥＣＧおよびＰＰＧ信号ピークに基づくパルス到達時刻（ｐｕｌｓｅ ａｒｒｉｖａｌ ｔｉｍｅ：ＰＡＴ）とＨＲとの例示的な測定を示す図。
【図１５】本開示のいくつかの態様による、収縮期血圧（ｓｙｓｔｏｌｉｃ ｂｌｏｏｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ：ＳＢＰ）推定誤差および拡張期血圧（ｄｉａｓｔｏｌｉｃ ｂｌｏｏｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ：ＤＢＰ）推定誤差についての標準偏差を示す図。
【図１６】本開示のいくつかの態様による、ＣＳベースのパケットロス補償（ｐａｃｋｅｔ ｌｏｓｓ ｃｏｎｃｅａｌｍｅｎｔ：ＰＬＣ）方法の例示的な動作を示す図。
【図１６Ａ】図１６に示す動作を実行することが可能な例示的な構成要素を示す図。
【図１７】本開示のいくつかの態様による、例示的なＥＣＧ信号と、ガボール空間におけるＥＣＧ信号の変換と、ＥＣＧ信号のプリコードされたバージョンとを示す図。
【図１８】本開示のいくつかの態様による、インターリービングベースのＣＳ−ＰＬＣ方法の例示的な動作を示す図。
【図１８Ａ】図１８に示す動作を実行することが可能な例示的な構成要素を示す図。
【図１９】本開示のいくつかの態様による、異なる数の送信されたパケットに関するＣＳ−ＰＬＣの例示的な２乗平均誤差（ｒｏｏｔ−ｍｅａｎ−ｓｑｕａｒｅ−ｅｒｒｏｒ：ＲＭＳＥ）パフォーマンスのグラフを示す図。
【図２０】本開示のいくつかの態様による、ＣＳ−ＰＬＣ手法とＰＬＣなしの方式とを使用した信号再構成の一例を示す図。
【図２１】本開示のいくつかの態様による、様々なＰＬＣ方式に関する例示的な正規化ＲＭＳＥパフォーマンスのグラフを示す図。
【図２２】本開示のいくつかの態様による、様々なＰＬＣ方式に関する心拍検出パフォーマンス比較を示す図。
【図２３】本開示のいくつかの態様による、ＣＳ−ＰＬＣ方式を使用して復元されたオーディオ信号の一例を示す図。
【図２４】本開示のいくつかの態様による、ＣＳ−ＰＬＣ方式を使用して復元されたオーディオ信号の別の例を示す図。
【図２５】本開示のいくつかの態様による、アンダーサンプリングされた収集と再構成とのための例示的な動作を示す図。
【図２５Ａ】図２５に示す動作を実行することが可能な例示的な構成要素を示す図。
【図２６】本開示のいくつかの態様によるセンサおよび再構成器の例示的なブロック図。
【図２７】本開示のいくつかの態様による、非一様サンプリングインスタンスにおいて感知された信号の一例を示す図。
【図２８】本開示のいくつかの態様による、センサにおいてソースを作動および停止させるための例示的な動作を示す図。
【図２８Ａ】図２８に示す動作を実行することが可能な例示的な構成要素を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
添付の図面を参照しながら本開示の様々な態様について以下でより十分に説明する。ただし、本開示は、多くの異なる形態で実施できるものであり、本開示全体にわたって提示する任意の特定の構造または機能に限定されるものと解釈すべきではない。むしろ、これらの態様は、本開示が周到で完全になり、本開示の範囲を当業者に十分に伝えるために与えるものである。本明細書の教示に基づいて、本開示の範囲は、本開示の他の態様とは無関係に実装されるにせよ、本開示の他の態様と組み合わせて実装されるにせよ、本明細書で開示する本開示のいかなる態様をもカバーするものであることを、当業者なら諒解されたい。たとえば、本明細書に記載の態様をいくつ使用しても、装置を実装し、または方法を実施することができる。さらに、本開示の範囲は、本明細書に記載の本開示の様々な態様に加えてまたはそれらの態様以外に、他の構造、機能、または構造および機能を使用して実施されるそのような装置またはそのような方法をカバーするものとする。本明細書で開示する本開示の任意の態様が請求項の１つまたはそれより多い要素によって実施できることを理解されたい。
【００２９】
「例示的（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」という単語は、本明細書では「例（ｅｘａｍｐｌｅ）、事例（ｉｎｓｔａｎｃｅ）、または例示（ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ）の働きをすること」を意味するために使用する。「例示的」として本明細書で説明するいかなる態様も、必ずしも他の態様よりも好適または有利なものと解釈すべきではない。
【００３０】
本明細書では特定の態様について説明するが、これらの態様の多くの変形体および置換は本開示の範囲内に入る。好ましい態様のいくつかの利益および利点について説明するが、本開示の範囲は特定の利益、使用、または目的に限定されるものではない。むしろ、本開示の態様は、様々なワイヤレス技術、システム構成、ネットワーク、および送信プロトコルに広く適用可能であるものとし、そのうちのいくつかを例として図および好ましい態様についての以下の説明で示す。発明を実施するための形態および図面は、限定的なものではなく本開示を説明するものにすぎず、本開示の範囲は添付の特許請求の範囲およびその均等物によって規定される。
【００３１】
例示的なワイヤレス通信システム
本明細書で説明する技法は、直交多重化方式およびシングルキャリア送信に基づく通信システムを含む、様々なブロードバンドワイヤレス通信システムに使用できる。そのような通信システムの例には、直交周波数分割多元接続（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：ＯＦＤＭＡ）システム、シングルキャリア周波数分割多元接続（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｃａｒｒｉｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：ＳＣ−ＦＤＭＡ）システム、符号分割多元接続（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：ＣＤＭＡ）などがある。ＯＦＤＭＡシステムは、全システム帯域幅を複数の直交サブキャリアに区分する変調技法である、直交周波数分割多重（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ）を利用する。これらのサブキャリアは、トーン、ビンなどと呼ばれることもある。ＯＦＤＭでは、各サブキャリアはデータで独立して変調できる。ＳＣ−ＦＤＭＡシステムは、システム帯域幅にわたって分散されたサブキャリア上で送信するためのインターリーブされたＦＤＭＡ（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ ＦＤＭＡ：ＩＦＤＭＡ）、隣接するサブキャリアのブロック上で送信するための局所ＦＤＭＡ（ｌｏｃａｌｉｚｅｄ ＦＤＭＡ：ＬＦＤＭＡ）、または隣接するサブキャリアの複数のブロック上で送信するための拡張ＦＤＭＡ（ｅｎｈａｎｃｅｄ ＦＤＭＡ：ＥＦＤＭＡ）を利用することができる。一般に、変調シンボルは、ＯＦＤＭでは周波数領域で、ＳＣ−ＦＤＭＡでは時間領域で送信される。ＣＤＭＡシステムは、各送信機（すなわち、ユーザ）が、複数のユーザが同じ物理チャネルを介して多重化されることを可能にするための符号を割り当てられる、スペクトラム拡散技術および符号化方式を利用することができる。
【００３２】
直交多重化方式に基づく通信システムの１つの具体的な例はＷｉＭＡＸシステムである。マイクロウェーブアクセスのためのワールドワイド・インターオペラビリティ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ）を表すＷｉＭＡＸは、長距離にわたる高いスループットブロードバンド接続を与える、規格ベースのブロードバンドワイヤレス技術である。現在、ＷｉＭＡＸの２つの主要な適用例、すなわち固定ＷｉＭＡＸとモバイルＷｉＭＡＸとがある。固定ＷｉＭＡＸ適用例は、たとえば、家庭および企業でのブロードバンドアクセスを可能にするポイントツーマルチポイントである。モバイルＷｉＭＡＸは、ブロードバンド速度でのセルラーネットワークのフルモビリティを提供する。
【００３３】
ＩＥＥＥ８０２．１６ｘは、固定およびモバイルブロードバンドワイヤレスアクセス（ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ａｃｃｅｓｓ：ＢＷＡ）システムのためのエアインターフェースを定義する新興の規格組織である。ＩＥＥＥ８０２．１６ｘは、２００４年５月に固定ＢＷＡシステムのための「ＩＥＥＥＰ８０２．１６ｄ／Ｄ５−２００４」を承認し、２００５年１０月にモバイルＢＷＡシステムのための「ＩＥＥＥＰ８０２．１６ｅ／Ｄ１２．Ｏｃｔ．２００５」を公開した。現在、ＩＥＥＥ８０２．１６の最新バージョンである、「ＩＥＥＥＰ８０２．１６Ｒｅｖ２／Ｄ８ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００８」、ドラフト規格が、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅからの資料および訂正を統合している。それらの規格は、４つの異なる物理層（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｌａｙｅｒ：ＰＨＹ）および１つの媒体アクセス制御（ｍｅｄｉｕｍ ａｃｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ：ＭＡＣ）層を定義する。４つの物理層のうちのＯＦＤＭおよびＯＦＤＭＡ物理層は、それぞれ固定およびモバイルＢＷＡ領域において最も一般的である。
【００３４】
本明細書の教示は、様々なワイヤードまたはワイヤレス装置（たとえば、ノード）に組み込む（たとえば、その装置内に実装する、またはその装置によって実行する）ことができる。いくつかの態様では、本明細書の教示に従って実装されるノードはアクセスポイントまたはアクセス端末を備えることができる。
【００３５】
アクセスポイント（「ａｃｅｓｓ ｐｏｉｎｔ：ＡＰ」）は、ノードＢ、無線ネットワークコントローラ（「Ｒａｄｉｏ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：ＲＮＣ」）、ｅノードＢ、基地局コントローラ（「Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：ＢＳＣ」）、ベーストランシーバ局（「Ｂａｓｅ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ：ＢＴＳ」）、基地局（「Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ：ＢＳ」）、トランシーバ機能（「Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：ＴＦ」）、無線ルータ、無線トランシーバ、基本サービスセット（「Ｂａｓｉｃ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ：ＢＳＳ」）、拡張サービスセット（「Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ：ＥＳＳ」）、無線基地局（「Ｒａｄｉｏ Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ：ＲＢＳ」）、または何らかの他の用語を備えるか、それらのいずれかとして実装されるか、あるいはそれらのいずれかとして知られていることがある。
【００３６】
アクセス端末（「ａｃｃｅｓｓ ｔｅｒｍｉｎａｌ：ＡＴ」）は、アクセス端末、加入者局、加入者ユニット、移動局、リモート局、リモート端末、ユーザ端末、ユーザエージェント、ユーザデバイス、ユーザ機器、または何らかの他の用語を備えるか、それらのいずれかとして実装されるか、あるいはそれらのいずれかとして知られていることがある。いくつかの実装形態では、アクセス端末は、セルラー電話、コードレス電話、セッション開始プロトコル（「Ｓｅｓｓｉｏｎ Ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ：ＳＩＰ」）電話、ワイヤレスローカルループ（「ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｌｏｃａｌ ｌｏｏｐ：ＷＬＬ」）局、携帯情報端末（「ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｔ：ＰＤＡ」）、ワイヤレス接続機能を有するハンドヘルドデバイス、またはワイヤレスモデムに接続された何らかの他の好適な処理デバイスを備えることができる。したがって、本明細書で教示する１つまたはそれより多い態様は、電話（たとえば、セルラー電話またはスマートフォン）、コンピュータ（たとえば、ラップトップ）、ポータブル通信デバイス、ポータブルコンピューティングデバイス（たとえば、個人情報端末）、娯楽デバイス（たとえば、音楽またはビデオデバイス、あるいは衛星ラジオ）、全地球測位システムデバイス、あるいはワイヤレスまたはワイヤード媒体を介して通信するように構成された他の好適なデバイスに組み込むことができる。いくつかの態様では、ノードはワイヤレスノードである。たとえば、そのようなワイヤレスノードは、ワイヤードまたはワイヤレス通信リンクを介した、ネットワーク（たとえば、インターネットまたはセルラーネットワークなど、ワイドエリアネットワーク）のための、またはネットワークへの接続性を与えることができる。
【００３７】
図１に、本開示の態様が採用できるワイヤレス通信システム１００の例を示す。ワイヤレス通信システム１００は、ブロードバンドワイヤレス通信システムとすることができる。ワイヤレス通信システム１００は、いくつかのセル１０２に通信を与えることができ、各セルは基地局１０４によってサービスされる。基地局１０４は、ユーザ端末１０６と通信する固定局とすることができる。基地局１０４は、代替的に、アクセスポイント、ノードＢまたは何らかの他の用語で呼ばれることもある。
【００３８】
図１は、システム１００全体に散在する様々なユーザ端末１０６を示す。ユーザ端末１０６は固定（すなわち、静止）でも移動でもよい。ユーザ端末１０６は、代替的に、リモート局、アクセス端末、端末、加入者ユニット、移動局、局、ユーザ機器などと呼ばれることもある。ユーザ端末１０６は、セルラー電話、携帯情報端末（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｔ：ＰＤＡ）、ハンドヘルドデバイス、ワイヤレスモデム、ラップトップコンピュータ、パーソナルコンピュータなど、ワイヤレスデバイスとすることができる。
【００３９】
様々なアルゴリズムおよび方法を、基地局１０４とユーザ端末１０６との間の、ワイヤレス通信システム１００における送信のために使用することができる。たとえば、ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡ技法に従って、基地局１０４とユーザ端末１０６との間で信号を送信および受信することができる。この場合には、ワイヤレス通信システム１００をＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡシステムと呼ぶことができる。代替的に、ＣＤＭＡ技法に従って、基地局１０４とユーザ端末１０６との間で信号を送信および受信することができる。この場合には、ワイヤレス通信システム１００をＣＤＭＡシステムと呼ぶことができる。
【００４０】
基地局１０４からユーザ端末１０６への送信を可能にする通信リンクをダウンリンク（ｄｏｗｎｌｉｎｋ：ＤＬ）１０８と呼び、ユーザ端末１０６から基地局１０４への送信を可能にする通信リンクをアップリンク（ｕｐｌｉｎｋ：ＵＬ）１１０と呼ぶことができる。代替的に、ダウンリンク１０８を順方向リンクまたは順方向チャネルと呼び、アップリンク１１０を逆方向リンクまたは逆方向チャネルと呼ぶことができる。
【００４１】
セル１０２は複数のセクタ１１２に分割できる。セクタ１１２は、セル１０２内の物理的カバレージエリアである。ワイヤレス通信システム１００内の基地局１０４は、セル１０２の特定のセクタ１１２内の電力の流れを集中させるアンテナを利用することができる。そのようなアンテナを指向性アンテナと呼ぶことができる。
【００４２】
図２に、ワイヤレス通信システム１００内で採用できるワイヤレスデバイス２０２において利用できる様々な構成要素を示す。ワイヤレスデバイス２０２は、本明細書で説明する様々な方法を実装するように構成できるデバイスの一例である。ワイヤレスデバイス２０２は基地局１０４またはユーザ端末１０６とすることができる。
【００４３】
ワイヤレスデバイス２０２は、ワイヤレスデバイス２０２の動作を制御するプロセッサ２０４を含むことができる。プロセッサ２０４は中央処理装置（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）と呼ばれることもある。読取り専用メモリ（ＲＯＭ）とランダムアクセスメモリ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ：ＲＡＭ）の両方を含むことができるメモリ２０６は、命令とデータとをプロセッサ２０４に与える。メモリ２０６の一部は不揮発性ランダムアクセスメモリ（ｎｏｎ−ｖｏｌａｔｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ：ＮＶＲＡＭ）をも含むことができる。プロセッサ２０４は、一般に、メモリ２０６内に記憶されたプログラム命令に基づいて、論理および演算動作を実行する。メモリ２０６中の命令は、本明細書で説明する方法を実装するように実行可能であることがある。
【００４４】
ワイヤレスデバイス２０２は、ワイヤレスデバイス２０２と遠隔地との間のデータの送信および受信を可能にするために送信機２１０と受信機２１２とを含むことができるハウジング２０８をも含むことができる。送信機２１０と受信機２１２とを組み合わせてトランシーバ２１４を形成することができる。アンテナ２１６は、ハウジング２０８に取り付け、トランシーバ２１４に電気的に結合することができる。ワイヤレスデバイス２０２は、複数の送信機、複数の受信機、複数のトランシーバ、および／または複数のアンテナ（図示せず）をも含むことができる。
【００４５】
ワイヤレスデバイス２０２は、トランシーバ２１４によって受信された信号のレベルを検出および定量化するために使用できる信号検出器２１８をも含むことができる。信号検出器２１８は、総エネルギー、シンボルごとのサブキャリア当たりのエネルギー、電力スペクトル密度および他の信号などの信号を検出することができる。ワイヤレスデバイス２０２は、信号を処理する際に使用するためのデジタル信号プロセッサ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ：ＤＳＰ）２２０をも含むことができる。
【００４６】
ワイヤレスデバイス２０２の様々な構成要素は、データバスに加えて、電力バス、制御信号バス、およびステータス信号バスを含むことができるバスシステム２２２によって互いに結合できる。
【００４７】
図３に、ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡを利用するワイヤレス通信システム１００内で使用できる送信機３０２の一例を示す。送信機３０２の部分は、ワイヤレスデバイス２０２の送信機２１０中に実装され得る。送信機３０２は、ダウンリンク１０８上でデータ３０６をユーザ端末１０６に送信するために基地局１０４中に実装され得る。送信機３０２は、アップリンク１１０上でデータ３０６を基地局１０４に送信するためにユーザ端末１０６中にも実装され得る。
【００４８】
送信されるデータ３０６は、直並列（ｓｅｒｉａｌ−ｔｏ−ｐａｒａｌｌｅｌ：Ｓ／Ｐ）変換器３０８に入力として供給されるものとして示してある。Ｓ／Ｐ変換器３０８はその送信データをＭ個の並列データストリーム３１０に分割する。
【００４９】
次いで、Ｎ個の並列データストリーム３１０はマッパー３１２に入力として供給される。マッパー３１２は、Ｎ個の並列データストリーム３１０をＮ個のコンスタレーションポイントにマッピングする。マッピングは、２位相シフトキーイング（ｂｉｎａｒｙ ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ：ＢＰＳＫ）、４位相シフトキーイング（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ：ＱＰＳＫ）、８位相シフトキーイング（８ ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ：８ＰＳＫ）、直交振幅変調（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＱＡＭ）など、何らかの変調コンスタレーションを使用して行われる。したがって、マッパー３１２は、それぞれ逆高速フーリエ変換（ｉｎｖｅｒｓｅ ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＩＦＦＴ）３２０のＮ個の直交サブキャリアのうちの１つに対応する、Ｎ個の並列シンボルストリーム３１６を出力する。これらのＮ個の並列シンボルストリーム３１６は、周波数領域において表されて、ＩＦＦＴ構成要素３２０によってＮ個の並列時間領域サンプルストリーム３１８に変換される。
【００５０】
次に、用語に関する簡単な注釈を与える。周波数領域におけるＮ個の並列変調は、周波数領域におけるＮ個の変調シンボルに等しく、これは、周波数領域におけるＮマッピングおよびＮポイントＩＦＦＴに等しく、これは、時間領域における１つの（有用な）ＯＦＤＭシンボルに等しく、これは、時間領域におけるＮ個のサンプルに等しい。時間領域における１つのＯＦＤＭシンボル、ＮSは、ＮCP（ＯＦＤＭシンボル当たりの巡回プレフィックス（ＣＰ）サンプル数）＋Ｎ（ＯＦＤＭシンボル当たりの有用なサンプル数）に等しい。
【００５１】
Ｎ個の並列時間領域サンプルストリーム３１８は、並直列（ｐａｒａｌｌｅｌ−ｔｏ−ｓｅｒｉａｌ：Ｐ／Ｓ）変換器３２４によって、ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡシンボルストリーム３２２に変換される。巡回プレフィックス挿入構成要素３２６は、ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡシンボルストリーム３２２中の連続したＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡシンボル間にＣＰを挿入する。次いで、ＣＰ挿入構成要素３２６の出力は、無線周波数（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）フロントエンド３２８によって、所望の送信周波数帯域にアップコンバートされる。次いで、アンテナ３３０は、得られた信号３３２を送信する。
【００５２】
図３に、ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡを利用するワイヤレスデバイス２０２内で使用できる受信機３０４の一例をも示す。受信機３０４の部分は、ワイヤレスデバイス２０２の受信機２１２中に実装され得る。受信機３０４は、ダウンリンク１０８上で基地局１０４からデータ３０６を受信するためにユーザ端末１０６中に実装され得る。受信機３０４は、アップリンク１１０上でユーザ端末１０６からデータ３０６を受信するために基地局１０４中にも実装され得る。
【００５３】
送信された信号３３２は、ワイヤレスチャネル３３４上を移動するものとして示してある。信号３３２’がアンテナ３３０’によって受信されると、受信された信号３３２’はＲＦフロントエンド３２８’によってベースバンド信号にダウンコンバートされる。次いで、ＣＰ除去構成要素３２６’は、ＣＰ挿入構成要素３２６によってＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡシンボル間に挿入されたＣＰを除去する。
【００５４】
ＣＰ除去構成要素３２６’の出力はＳ／Ｐ変換器３２４’に供給される。Ｓ／Ｐ変換器３２４’は、ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡシンボルストリーム３２２’を、それぞれＮ個の直交サブキャリアのうちの１つに対応するＮ個の並列時間領域シンボルストリーム３１８’に分割する。高速フーリエ変換（ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＦＦＴ）構成要素３２０’は、Ｎ個の並列時間領域シンボルストリーム３１８’を周波数領域に変換し、Ｎ個の並列周波数領域シンボルストリーム３１６’を出力する。
【００５５】
デマッパー３１２’は、マッパー３１２によって実行されたシンボルマッピング動作の逆を実行し、それによって、Ｎ個の並列データストリーム３１０’を出力する。Ｐ／Ｓ変換器３０８’は、Ｎ個の並列データストリーム３１０’を単一のデータストリーム３０６’に合成する。理想的には、このデータストリーム３０６’は、送信機３０２に入力として供給されたデータ３０６に対応する。要素３０８’、３１０’、３１２’、３１６’、３２０’、３１８’および３２４’がすべてベースバンドプロセッサ３４０’中で発見されることがあることに留意されたい。
【００５６】
ボディエリアネットワークの概念
図４に、図１に示すワイヤレスシステム１００に対応し得るボディエリアネットワーク（ＢＡＮ）４００の一例を示す。ボディエリアネットワークは、慢性疾患に対する薬剤の効果などを診断目的で常時監視することなど、ヘルスケア適用例のための有望な概念を表す。
【００５７】
ＢＡＮは、いくつかの収集回路からなることができる。各収集回路は、１つまたはそれより多いバイタルサインを感知し、そのバイタルサインをモバイルハンドセット、ワイヤレスウォッチ、または個人情報端末（ＰＤＡ）などのアグリゲータ（すなわち、アクセス端末）に通信する、ワイヤレスセンサを備えることができる。様々な生物医学信号を収集し、それらの信号をワイヤレスチャネルを介してアグリゲータ４１０に送信するセンサ４０２、４０４、４０６、および４０８は、アクセスポイント１０４と同じ機能を有し得る。図５に、ＢＡＮ４００内のセンサ４０２〜４０８に対応し得る生物医学センサ５１０ａ〜５１０ｋのアレイの詳細ブロック図を示す。各センサ５１０ａ〜５１０ｋは、図２からの送信機２１０および図３からの送信機３０２の一例であり得る。
【００５８】
図４に示すアグリゲータ４１０は、センサ４０２〜４０８からワイヤレスチャネルを介して送信された様々な生物医学信号を受信し、処理することができる。アグリゲータ４１０は、モバイルハンドセットまたはＰＤＡとすることができ、図１からのモバイルデバイス１０６と同じ機能を有し得る。図６に、ＢＡＮ４００内のアグリゲータ４１０に対応し得るアグリゲータ６１０の詳細ブロック図を示す。アグリゲータ６１０は、図２からの受信機２１２および図３からの受信機３０４の一例であり得る。
【００５９】
ＢＡＮにおいて使用されるセンサは、非侵入型で長持ちすることが望ましい。本開示では、センサ信号処理のための圧縮感知（ＣＳ）技法の利益を示すために、光電脈波（ＰＰＧ）および心電図（ＥＣＧ）信号について考慮する。ＰＰＧ、ＥＣＧおよびアクティビティ感知は、人口の大きいセグメントにおける大部分の慢性疾患をカバーし、したがって、ＢＡＮにおけるワイヤレス技術と、ワイヤレスエリアネットワーク（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ：ＷＡＮ）接続性をもつモバイルデバイスとに大きな機会を与える。
【００６０】
パルスオキシメータセンサは、肺および呼吸を含む肺系の重要なインジケータである、血中酸素濃度（ＳpＯ2とも呼ばれる）の常時監視を可能にし得るＰＰＧ波形を生成することができる。血液は、体細胞の生存、適切な機能を確実にし、細胞の老廃物を除去するために、酸素、栄養分および化学物質を体細胞に運ぶ。ＳpＯ2は、診断、手術、長期監視などのための臨床的状況において広範囲にわたって使用される。図７に、時間領域ＰＰＧ信号とその周波数スペクトルとの一例を示す。
【００６１】
ＥＣＧは、心臓血管系を評価するための別の重要なバイタルサインである。心臓は、毎分約６リットルの血液を人間の体にわたって送る、最もよく働く身体部位のうちの１つである。各心臓周期中に生成された電気信号は、ＥＣＧを形成し、Ａｇ／ＡｇＣｌ電極センサによって容易にキャプチャできる。ＥＣＧは、心臓関連の問題を診断するための臨床的状況において日常的に使用でき、ＥＣＧの常時監視は、多くの慢性症状の早期診断を可能にし得る。図８に、時間領域ＥＣＧ信号とその周波数スペクトルとの一例を示す。
【００６２】
血圧（ＢＰ）は、非常に大きい臨床的価値がある別のバイタルサインである。ＥＣＧおよびＰＰＧ信号を使用して、収縮期血圧（ＳＢＰ）および拡張期血圧（ＤＢＰ）を推定することができる。
【００６３】
提案する方法の概観
本開示のいくつかの態様は、パルスオキシメータセンサの電力消費量を低減するための方法に関する。商用パルスオキシメータは、一般に、２０〜６０ｍＷのオーダーの電力を消費することがある。赤色および赤外線の発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）が、この電力の大部分を占める。ＰＰＧセンサの電力効率の良い設計により、電力消費量を１．５ｍＷまで低下させ得る。所与の一様サンプリングレートに対して、ＬＥＤ点灯に関連するデューティサイクルが低減され得る。他の最適化のうち、高速検出器およびより高いクロック周波数が使用されることがある。したがって、ＬＥＤは、Ｔ・ｆs持続時間の間、オンに切り替えられ得、ｆsとＴは、それぞれ、サンプリングレートと、各サンプルを収集するために必要とされる点灯の持続時間とを表す。
【００６４】
ＰＰＧ信号は、スペクトル領域においてスパースであり、したがって圧縮可能であることがある。これにより、ＰＰＧ信号を収集するために圧縮感知（ＣＳ）フレームワークの使用が可能になることがある。ＰＰＧ信号は、非一様（すなわち、ランダム）時間間隔で、ただし平均サンプリングレートＦsを用いて、サンプリングされ得る。ＣＳ手法では、サンプリングレートＦsは、一様サンプリングレートｆsよりもはるかに小さいものとすることができる。ファクタｆs／Ｆsは、アンダーサンプリング比（ＵＳＲ）と呼ばれることがある。このサンプリング手法により、Ｔ・ｆsではなくＴ・ｆs／ＵＳＲ持続時間の間のみＬＥＤを点灯することができるので、ＰＰＧ収集のために使用されるパルスオキシメータセンサの電力消費量を（すなわち、約ＵＳＲ分の１に）低減することができることに留意されたい。
【００６５】
ｆs／ＵＳＲでの低域フィルタ処理およびサンプリングと比較して、ＣＳベースの手法の利益は、ｆs／ＵＳＲを上回る信号成分が失われないことがあることである。同様に、高いＵＳＲを用いて、より高い周波数における狭帯域信号を収集することもできる。図９に、ｆs＝１２５ＨｚでサンプリングされたＰＰＧ信号の例示的なスペクトルを示す。低域フィルタのみがＰＰＧ信号に適用され、ＵＳＲが４０の場合にｆs／４０＝３．１２５Ｈｚでサンプリングされると、かなりのスペクトル成分が失われ得ることが観測され得る。
【００６６】
ＣＳフレームワークを利用することの別の利益は、測定が、従来のナイキストレートサンプリングの場合のフーリエ空間を含む、再構成において使用される変換空間とは無関係であり得ることである。ＣＳ測定フレームワークは、センサ側ではかなりの節電につながるが、受信機においてはＰＰＧ信号の近似値を再構成するための計算オーバーヘッドが増加することがある。
【００６７】
また、必要とされる計算はモバイルハンドセットまたはＰＤＡ上でホストされ得るので、所与のタスクに対する受信機複雑さを評価することは興味深い。たとえば、心拍数（ＨＲ）推定タスクはＣＳサンプルからＰＰＧ信号の中間表現を必要としないことがあり、したがってＰＰＧ信号再構成およびＨＲ推定などのタスクに対する後処理複雑さは異なることがある。
【００６８】
ＵＳＲの異なる値を用いたＣＳフレームワークにおいてＨＲおよびＢＰ推定精度が損なわれないことがあることを示すために、集中治療のためのマルチパラメータ知的監視（Ｍｕｌｔｉ−ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｆｏｒ ｉｎｔｅｎｓｉｖｅ ｃａｒｅ：ＭＩＭＩＣ）データベースを使用することができる。ＭＩＭＩＣデータベースは、数人の血行力学的に不安定な対象者（すなわち、観測の所与の期間中にＥＣＧ、ＰＰＧおよびＢＰパターンが変化することがある対象者）からの、２４時間超にわたるＥＣＧ、ＰＰＧおよびＢＰの同時記録からなる。
【００６９】
本開示のいくつかの態様は、信号の送信中のパケットロス緩和のためにＣＳフレームワークを利用することをサポートする。これは、受信機がスパース表現から信号を再構成する能力を備え得るので可能であり得る。感知モジュールからアグリゲータへの生物医学信号のワイヤレストランスポートについて考える。たとえば、ランダム射影（たとえば、ラデマッハー（Ｒａｄｅｍａｃｈｅｒ）パターン）を使用して未加工ＥＣＧデータを符号化し、得られたランダム係数を無線での送信のためにパケット化することがある。
【００７０】
符号化されたＥＣＧ信号のスパースな性質により、これらのランダム係数のサブセットを使用して再構成を実行することが可能になることがあり、サブセット濃度はスパーシティ情報に依存することがある。これは、チャネル誤差によるいくつかのパケットのロスにもかかわらず、受信機においてＥＣＧ信号が依然として再構成でき、ＨＲ推定が実行できることを示唆する。この手法の利益は、再送信が必要とされないことがあるので、待ち時間が少なくなり、センサにおけるプロトコルスタックがより単純になることである。別の顕著な特徴は、チャネル状態に従ってランダム射影の数（すなわち、圧縮感知帯域幅）を適合させることができることであり得る。
【００７１】
圧縮感知ベースの収集および再構成
図２６に、生物医学信号の感知および再構成のための例示的なブロック図を示す。ＰＰＧ信号などの生物医学信号を収集するためのセンサ２６０２は、３つの主要な構成要素、すなわち、ＬＥＤ２６０６と、光検出器２６１０と、それぞれＬＥＤのための点灯シーケンス２６０４および光検出器のためのサンプリングシーケンス２６１２とを備えることができる。ＬＥＤ２６０６は、スペクトルの赤色および赤外線部分をも備える、６００ｎｍと１０００ｎｍとの間の波長をもつ光を発し得る。ＬＥＤ２６０６からの光は、組織２６０８（たとえば、図２６に示すように、人間の指または耳）から送信／反射され、光検出器２６１０上で収集され得る。光検出器において測定されたＬＥＤに対応する平均強度の比は、血液中の酸素含有量（ＳpＯ2）を判断する際に有用であることがある。したがって、ＳpＯ2は、ＰＰＧ信号の平均（ＤＣ成分）の関数であることがある。
【００７２】
点灯シーケンス２６０４およびサンプリングシーケンス２６１２は、定義されたアンダーサンプリング比（ＵＳＲ）２６１６に従ってシード生成器２６１４によって生成されるランダムシードを使用して得られ得る。光検出器２６１０からのサンプリングされたデータ２６１８は、送信の前に、媒体アクセス制御／物理層（ＭＡＣ／ＰＨＹ）処理２６２０のために送信され得る。次いで、処理されたサンプルは、パケット化され、１つまたはそれより多いアンテナ２６２２によって送信され得る。
【００７３】
受信機側において、図２６に示すように、送信されたサンプルは、１つまたはそれより多いアンテナ２６２４において受信され、ＭＡＣ／ＰＨＹブロック２６２６によって処理され得る。次いで、そのデータは、当初感知された生物医学信号を得るために再構成器２６２８に受け渡され得る。正確な再構成のために、サンプリングシーケンス２６３２を生成するランダムシード生成器２６３０は、センサのランダムシード生成器２６１４と同期させる必要があることがある。
【００７４】
本開示の一態様では、たとえば、ｌ1ノルムの修正されたガボールスパーシティ基底正則化ベクトル２６３８を使用することによって、勾配ベースのスパース再構成２６３６が、サンプリングされたデータ２６３４に対して適用され得る。次いで、推定された信号２６４０が、たとえば、血圧推定値、血液中の酸素のレベル、および心拍数を得るために、タスク固有の処理のためのユニット２６４２によって利用され得る。実際の信号２６４４は、サンプリングインスタンスを生成するために利用されるＵＳＲを更新するために、ユニット２６４８によってターゲット信号２６４６と比較され得る。ユニット２６５０の出力において更新されたＵＳＲ値２６５２が、ランダムシード生成器２６３０によって使用され得、また、センサのＵＳＲ２６１６を適合させるためにセンサにフィードバックされ得る。ＵＳＲの他に、センサにおける測定の数、測定行列の係数、信号の送信されたサンプル数、および各送信されたパケット中のサンプル数など、何らかの他のパラメータを適合させるために、追加のフィードバック情報がセンサに送信されることもある。
【００７５】
（赤色ＬＥＤまたは赤外線ＬＥＤのいずれかに関連する）ＰＰＧ波形における変調は、瞬時血流量に関係し得る。波形ピーク間の距離の逆数として瞬時心拍数（ＨＲ）が推定され得る。ＬＥＤのための点灯シーケンスは、ＰＰＧ信号のための所望のサンプリングレートに依存し得る。それは一様ナイキストサンプリングレートと仮定され得る。また、ＬＥＤの頻繁な点灯はパルスオキシメータセンサのかなりの電力消費量を生じることがあることに留意されたい。
【００７６】
本開示のいくつかの態様は、ＰＰＧ信号のスパースな性質を利用することと、センサ電力を節約するためにより少数の測定を行うこととをサポートする。様々なスケールでガウス窓関数によって制限された時間サポートを用いた様々な余弦波からなる変換空間として、ガボール基底が採用され得る。
【００７７】
元のサンプリングされたＰＰＧ信号をＮ次元ベクトルｘによって示し、スパース領域変換基底をＮ×Ｎ行列Ｗによって表す。行列Ｗの（ｉ，ｊ）エントリは次のように与えられ得る。
【数１】
【００７８】
式（１）からの項ｗは、ガボール基底においてガウスカーネルの幅に関連付けられ得る。行列Ｗの各行は、対応するｌ2ノルムが１に等しくなるように正規化され得、行列Ｗはスパース基底と呼ばれることがある。ＰＰＧ信号ｘをそのスパース基底上に射影して、ガボール変換空間において対応するＮ次元表現を生成することができ、それは次のように与えられ得る。
【数２】
【００７９】
図１０に、本開示のいくつかの態様による、ＰＰＧ信号と、ガボール変換空間における対応する表現ｙとの短いセグメントの一例を示す。図１０は、１２５Ｈｚでサンプリングされた８秒セグメント（すなわち、合計Ｎ＝１０００サンプル）を示している。信号ｘは変換領域においてスパースで圧縮可能であり得、絶対的な大きさに関して０．２よりも大きい約３０個の係数があることが観測され得る。これは、そのＰＰＧ信号特性の大部分が、Ｎと比較してはるかに低い次元の空間にあり得、したがって、そのＰＰＧ信号は圧縮可能であり得ることを示す。
【００８０】
したがって、ＣＳ原理を利用できるので、Ｋ≪Ｎ測定を行い（すなわち、元のデータを高度にアンダーサンプリングし）、依然として、高忠実度でｘを推定することが可能である。信号ｘが明示的にスパースであり、Ｍ非ゼロ要素のみが変換空間にある場合、ｘからＫ≧Ｍ ｌｏｇ Ｎ／Ｍ個のサンプルをランダムに選択することにより、ゼロ誤差での信号再構成を可能にする高い確率で、十分な情報が与えられ得る。
【００８１】
現実の状況では、その信号は決して真にスパースではないことがあり、一部の情報成分が変換空間全体にわたって存在することがある。ただし、ε≪ｍａｘ（ｙ）である、εよりも大きい大きさをもつ有意な成分の数はＮよりもはるかに小さいものであり得る。図１０では、εの値は０．２である。この手法は、ｘが明示的にスパースでない場合に拡張され得、ＣＳパラダイムは依然として有効なままであり得る。ただし、再構成誤差は必ずしもゼロに等しくないことがある。
【００８２】
ｘの感知処理は数学的に表すことができる。Ｐが、（たとえば、ランダムに選択された）一意のエントリを含んでいるＫ次元のベクトルを示し、各要素が１とＮとの間に境界を画定されるものとする。これは、本質的に、ｘから要素を選択するためのＫ個のランダムロケーションを与え得る。ベクトルＰを構成するための乱数生成のためのシードは、センサにおいてまたは受信機において局所的に生成され得る。シードは、通信リンクのセキュリティプロトコルにおいて使用されるキーに基づき得る。ｘから得られた、Ｋ次元の測定ベクトルｒは、次のように書くことができる。
【数３】
【００８３】
上式で、ＨはＫ×Ｎ測定行列を示す。
【００８４】
式（３）からの行列Ｈのｉ番目の行は、Ｐのｉ番目の要素によって与えられるロケーションにおいて１をもつ全零ベクトルであり得る。ＣＳフレームワークでは、その測定行列は、ランダム独立同分布（ｉ．ｉ．ｄ）要素を含んでいる行列として定義され得ることに留意されたい。そのような測定行列は、入力信号が時間領域においてまたは変換領域においてスパースであることがアプリオリに知られていないときに必要であることがある。
【００８５】
測定ベクトルｒからの信号再構成のためにマッチング追跡（ｍａｔｃｉｎｇ ｐｕｒｓｕｉｔ：ＭＰ）アルゴリズムを採用することができる。ＭＰ技法は、局所的に最適な決定を行うことによって信号近似値を反復的に蓄積するグリーディアルゴリズムを表す。ＭＰアルゴリズムの初期化は、Ｖ＝［Ｖ1・・・ＶN］になるように、修正された基底Ｖ＝次元Ｋ×ＮのＨ・Ｗを定義することによって与えられ得、上式で、ＶjはＶのｊ番目の列ベクトルである。その場合、残差はｒ0＝ｒとして初期化され得、近似値
【数４】
【００８６】
はｙ（すなわち、Ｎ）と同じである。また、反復カウンタは、ｉ＝１として初期化され得る。
【００８７】
その後、Ｖ上への残差ｒi-1の内積を最大にする、Ｖからの列ベクトルが発見され得る。
【数５】
【００８８】
次いで、その残差は更新され得、係数ベクトルｙは次のように推定され得る。
【数６】
【００８９】
その後、反復カウンタｉは増分され得、
【数７】
【００９０】
が定義され得る。ｉ＜ｍおよびΔi＞εである場合、式（４）によって定義されたアルゴリズムステップは反復され得る。他の場合、
【数８】
【００９１】
および
【数９】
【００９２】
であり、アルゴリズムは、式（５）および式（６）によって定義されたステップに進み得る。最後に、元の推定値が、
【数１０】
【００９３】
として得られ得る。
【００９４】
項ｍは、再構成のために許可される反復の数に対する上限を表し、項εは収束基準を定義する。ＭＰアルゴリズムの後ろの直観は２つの部分をもつ。各反復ステップにおいて、ＭＰアルゴリズムは、残差ｒと最も強く相関し得るＶの列を発見することを試み、次いで、この列ベクトルの寄与をｒから減算し得る。このアルゴリズムは、各ステップにおいて、射影空間Ｗにおける原信号ｘの最も支配的な成分を推定し得るので、本質的にグリーディである。また、ＭＰアルゴリズムの主要な複雑さは、単一の反復のためにＯ（Ｋ・Ｎ）回の算術演算を要し得る式（４）にあることに留意されたい。
【００９５】
本開示のいくつかの態様は、測定ベクトルｒから再構成された信号を得るために、勾配射影ベースのスパース再構成（ｇｒａｄｉｅｎｔ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｓｐａｒｓｅ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ：ＧＰＳＲ）手法を使用する。この手法は、制約を受けずに、データ忠実度項（すなわち、誤差のｌ2ノルム）と変換空間におけるｌ1ノルム（すなわち、スパーシティの測度）とを一緒に最小限に抑えることによって、原信号ｘを推定し得る。本開示では、重み付けされたｌ1ノルムを使用することによってこの最適化問題を修正することを提案する。再構成アルゴリズムは次のように与えられ得る。
【数１１】
【００９６】
上式で、ｆは、スパーシティの測度（すなわち、ｌ1ノルム）を計算するために変換空間において係数の相対的重要度を与える、Ｎ次元ベクトルである。量τは、コスト関数においてｌ2ノルムとｌ1ノルムとの相対的重みを示す非負パラメータである。項［ｆ］iと［Ｗ・ｘ］iは、それぞれ、ベクトルｆのｉ番目の要素と［Ｗ・ｘ］iのｉ番目の要素とを示す。
【００９７】
ベクトルｆのｉ番目の要素は以下によって与えられ得る。
【数１２】
【００９８】
上式で、σは小さい正則化パラメータである。量
【数１３】
【００９９】
は、原信号ベクトルｘの集合平均を表し、トレーニング例ベクトルを平均化することによって推定され得る。ＭＩＭＩＣデータベースからのセグメントを利用して
【数１４】
【０１００】
を推定することができ、その場合、それは、以下で説明する実験的な検証から除外することができる。
【０１０１】
図２５に、本開示のいくつかの態様による、センサにおけるアンダーサンプリングされた収集と受信機における再構成とのための例示的な動作２５００を示す。図２８に、センサにおいて光源を作動および停止させるための例示的な動作２８００を示す。２５１０において、ランダムシードに従って非一様サンプリングインスタンスをセンサにおいて生成する。２５２０において、複数の非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知する。２８１０において、たとえば、複数の生成された非一様サンプリングインスタンス中に１つまたはそれより多いＬＥＤをオンにすることによってセンサにおいて上記光源を作動させ、２８２０において、複数の非一様サンプリングインスタンス間で上記光源を停止させる。
【０１０２】
次いで、上記信号の感知されたサンプルの少なくとも１つのパケットを得るために、感知されたサンプルをパケット化し、得られた少なくとも１つのパケットをワイヤレスチャネルを介して送信する。２５３０において、再構成器においてセンサから上記信号のサンプルを受信する。２５４０において、センサにおいて前記ランダムシードに従って信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを再構成器において判断する。一態様では、非一様サンプリングシーケンスのためのシードは、センサと再構成器との間の通信リンクのセキュリティプロトコルにおいて使用されるキーに基づいて再構成器において生成され得る。別の態様では、非一様サンプリングシーケンスのためのシードは、センサにおいて判断され、再構成器に（すなわち、受信機に）搬送され得る。さらに別の態様では、非一様サンプリングシーケンスのためのシードは、受信機において判断され、センサに搬送され得る。２５５０において、たとえば、式（７）〜式（８）によって定義された修正されたＧＰＳＲアルゴリズムに従って、判断された非一様サンプリングシーケンスを使用して、受信したサンプルから上記信号を再構成する。
【０１０３】
非一様サンプリングインスタンスは、上記信号の正確な再構成のために、上記信号の受信したサンプルと同期させられ得る。再構成中に観測された情報（たとえば、再構成された信号に関係する係数、送信中に欠落したパケットの数、チャネル信号対雑音比、または変数
【数１５】
【０１０４】
および
【数１６】
【０１０５】
のうちの少なくとも１つ）を利用して、観測された情報をフィードバック機構を介してセンサに搬送することによって、様々なセンサパラメータ（たとえば、ＵＳＲ、測定の数Ｋ、信号の送信されたサンプル数Ｎ、各送信されたパケット中の信号のサンプル数Ｐ、および測定行列Ｈ）を適合させ得る。次いで、非一様サンプリングインスタンスは、受信したフィードバック情報に従ってセンサにおいて適合させられ得る。
【０１０６】
本開示では、ＣＳ手法に基づいて生成されるいくつかの再構成の例を提示する。１２５Ｈｚでサンプリングされた８秒セグメント（すなわち、Ｎ＝１０００サンプル）をＭＩＭＩＣデータベースから選択し得る。ＣＳサンプルの数がＫであり、それによりアンダーサンプリング比（ＵＳＲ）がＮ／Ｋとして定義されることが想起され得る。図１１に、ＭＰ反復の数ｍに対する上限が５００に等しく、ＵＳＲが１０、２０および３０の場合に得られるＣＳ−ＰＰＧ信号再構成の一例を示す。曲線１１１０は、一様にサンプリングされた原信号を表し、曲線１１２０、１１３０および１１４０は、それぞれ、ＵＳＲの値が１０、２０および３０の場合の再構成された信号を表す。図２７に、ＵＳＲが４０のときに非一様サンプリングインスタンスにおいて感知された信号の一例を示す。それらのサンプリングインスタンスは垂直線として示されている。
【０１０７】
信号完全性は、ＵＳＲが２０までは十分に維持され、その後は劣化し始め得ることが、図１１から観測され得る。ただし、信号ピークロケーションは、高いＵＳＲ（すなわち、ＵＳＲ値が３０）を用いても十分に維持され得ることに留意されたい。この場合、はるかに少ない持続時間の間、詳細にはＴ・ｆs秒ではなくＴ・ｆs／ＵＳＲ秒の間のみ、ＬＥＤを点灯することができるので、（ＰＰＧデータ収集の一部としての）ＬＥＤ電力消費量をＵＳＲ分の１だけ著しく低減することができる。
【０１０８】
心拍数およびＰＰＧ再構成
係数ベクトルｙの各要素はサンプリングされた信号ｘにおける（特定の周波数をもつ）余弦の強度を近似的に表し得ることが、式（１）および式（２）から想起され得る。また、ＰＰＧ信号は本質的に振動性があり、支配的な周波数がＨＲ信号に比例し得ることに留意されたい。したがって、ＨＲ信号はＣＳ再構成
【数１７】
【０１０９】
から推定され得、それは、ＭＰアルゴリズムによって、次のように得られ得る。
【数１８】
【０１１０】
上式で、
【数１９】
【０１１１】
であり、
【数２０】
【０１１２】
はベクトル
【数２１】
【０１１３】
のｊ番目の要素であり、ｂｐｍは毎分脈拍の単位を表す。
【０１１４】
式（９）によって与えられるＨＲ推定値は、Ｎ・ｆs秒の持続時間にわたって得られた平均であり得ることに留意されたい。また、その推定値の分解能は
【数２２】
【０１１５】
によって与えられ得、それは、Ｎ＝１０００およびｆs＝１２５Ｈｚの場合、３．７５ｂｐｍに等しい。この分解能はより小さいＮを用いて改善でき、Ｎ＝１０００の選択は任意であることが観測され得る。
【０１１６】
ＨＲ推定のためのＭＰアルゴリズムの複雑さを、ＰＰＧ再構成の複雑さと比較することができる。図１０に示す例示的なＰＰＧ信号セグメントについて考慮することができ、そのＰＰＧ信号セグメントに関して、ｎmaxが２３に等しく、それにより、推定されるＨＲが８２．５ｂｐｍであることが暗示される。また、ＭＰアルゴリズムが本質的にグリーディであり、それは、射影空間ＷにおけるＰＰＧ信号の支配的な成分が初期反復において推定され得ることを暗示することが想起され得る。この場合、２つの最も支配的な成分は、ＨＲに対応する周波数をもつＤＣ成分および余弦であり得る。したがって、ＭＰアルゴリズムの数回の反復内にＨＲの確実な推定を達成することが予想され得、それはまた、完全なＰＰＧ信号の中間表現を生成する必要がない場合があることを示唆する。
【０１１７】
一方、信号再構成タスクのために射影空間Ｗにおいてより多くの係数を再構成することが必要であることがあり、それにより、ＭＰベースの後処理が著しくより多く反復されることがある。ＭＰアルゴリズムのｍ回の反復はおおよそＯ（ｍ・Ｋ・Ｎ）回の算術演算を要し得ることに留意されたい。したがって、（たとえば、ＣＳ測定からの）ＨＲ推定は、ＰＰＧ信号再構成と比較すると、受信機においてより少ない計算複雑性を必要とし得る。また、Ｎ次元信号ｘに対応するＣＳサンプルの数がＫであり得、それによりアンダーサンプリング比（ＵＳＲ）がＮ／Ｋとして定義されることが想起され得る。ＵＳＲが増加すると、指定されたパフォーマンスレベルを達成するために受信機において計算複雑性が増加することが予想され得る。これは、センサ電力（送信機におけるより少数の測定）とアグリゲータ電力（受信機におけるより多くの反復および計算）との間のトレードオフを表す。
【０１１８】
ＨＲ推定とＰＰＧ信号再構成とのためのパフォーマンスメトリックを導入することができる。ＨＲ推定の場合、メトリックは、
【数２３】
【０１１９】
として定義される２乗平均誤差（ＲＭＳＥ）であり得る。ＰＰＧ再構成のためのメトリックは、
【数２４】
【０１２０】
として定義される正規化ＲＭＳＥであり得る。項Ｅ［・］は、ＰＰＧ信号ｘおよび異なる測定ベースＨの様々な実現にわたるモンテカルロ平均化を用いた期待値演算子を示す。ＰＰＧ信号の実現ｘはＭＩＭＩＣデータベースから取られ得る。真の心拍数は、式（９）において示唆されるように、原信号ｘから抽出され得る。各信号セグメントｘは、８秒の長さになり、１２５Ｈｚでサンプリングされるように取られ得る。
【０１２１】
図１２に、ＵＳＲが１０および２０の場合の、ＭＰベースの後処理の反復の数ｍに関するＨＲ推定ＲＭＳＥを示す。推定精度は反復の数の増加とともに改善するので、ＲＭＳＥがｍの増加とともに減少し得ることが観測され得る。また、指定されたＲＭＳＥを達成するために必要とされる反復の数は、ＵＳＲの増加とともに増加し得る。ｍ＝５０のときに、ＨＲ推定ＲＭＳＥは１ｂｐｍに等しく、１ｂｐｍは、ＵＳＲが１０および２０の場合のそれぞれの当該の分解能３．７５ｂｐｍおよび４ｂｐｍよりも小さいことに留意されたい。
【０１２２】
したがって、ＵＳＲが１０のときに１ｂｐｍのＨＲ推定ＲＭＳＥを達成するためには、おおよそ毎秒６２５０００（すなわち、
【数２５】
【０１２３】
、上式でｆs＝１２５Ｈｚ）回のオーダーの算術演算が必要とされ得る。同様に、その信号をＵＳＲ＝１０のときにＲＭＳＥ≒０．１で再構成するためには、おおよそ毎秒３８７５０００（すなわち、
【数２６】
【０１２４】
）回のオーダーの算術演算が必要とされ得る。これは、説明する推定手法が、現在のスマートフォンまたはＰＤＡ中の計算リソースによって処理され得ることを示唆する。
【０１２５】
図１３に、ＵＳＲが１０および２０の場合の、アルゴリズムの反復の数ｍに関する正規化再構成ＲＭＳＥを示す。そのＲＭＳＥはｍの増加とともに低減され得ることが観測され得る。ただし、その減少は、ＨＲ推定ＲＭＳＥとは反対に、ｍとともに漸進的であり得ることに留意されたい。これは、この再構成タスクが、ＨＲ推定の場合の単一の支配的な成分とは反対に、スパース空間Ｗにおける複数の係数の推定を必要とし得るからであり得る。
【０１２６】
したがって、受信機複雑さは、ＵＳＲの値、当該のタスク、および所望のパフォーマンスレベルに依存し得る。（完全な再構成を必要とし得る）ＰＰＧ信号の中間表現は、ＨＲ推定タスクなどのいくつかのタスクには必要でないことがある。さらに、再構成中にＭＰアルゴリズムにおいて定義される
【数２７】
【０１２７】
および
【数２８】
【０１２８】
変数の値を監視し得る。この情報は、信号の変動に適合させるようにセンサ側においてＵＳＲの値を変更するために使用され得る。
【０１２９】
カフレス血圧推定
パルス到達時刻（ＰＡＴ）および心拍数（ＨＲ）を使用して、ＳＢＰおよびＤＢＰを推定し得、ＰＡＴは、ＥＣＧ波形における擬似ランダム信号ピークとＰＰＧ波形における対応するピークとの間の遅延として定義できる。図１４に、例示的なＥＣＧおよびＰＰＧ波形に基づくＰＡＴおよびＨＲの定義を示す。
【０１３０】
血圧（ＢＰ）推定アルゴリズムに関与する第１のステップは、ＥＣＧおよびＰＰＧ信号から当該のピークおよび他のポイントが抽出できるように、それらの信号をセグメント化することであり得る。第２のステップは、ＰＡＴおよびＨＲからＢＰを推定することであり得る。
【０１３１】
ＥＣＧセグメント化は、８Ｈｚと１５Ｈｚとの間の帯域フィルタを適用し、その後、それを２乗し、次いで、それを可変持続時間のセグメントにおいて処理することによって、達成され得る。初期セグメント持続時間は２秒とすることができる。あらゆるセグメントに対して、しきい値が計算され、そのしきい値を上回るすべてのピークが配置され得る。次いで、間隔が０．１７秒未満のすべてのピークが除去され、最も高い振幅をもつピークが常に維持され得る。ＰＰＧ信号をセグメント化するためには、２つの連続するＥＣＧピーク間のセグメントが分析され得る。各セグメント内の最大ポイントと最小ポイントを見つけることによって、ピークと谷が検出され得る。いつでも、確実なＰＡＴおよびＨＲ推定値を与えるためには、近傍の信号ピークも確実である必要があり得る。
【０１３２】
ＢＰ推定モデルは次のように示され得る。
【数２９】
【０１３３】
上式で、較正パラメータａi、ｂiおよびｃi、ｉ＝１，２は、トレーニングプロセス中に推定され、再較正の機会ごとに再帰的最小２乗（ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ：ＲＬＳ）アルゴリズムによって適合させられ得る。
【０１３４】
本開示の一態様では、再較正は１時間ごとに１回実行され得る。再較正持続時間は、本質的に、モデルパラメータを推定するかまたは適合させることがどのくらい頻繁に必要とされ得るかを暗示し得る。再較正ステップは、バイアスおよびドリフトの問題に取り組むために、現実の適用例のために必要であることがある。より長い時間期間の間、カフなしで連続的に、非侵襲的に血圧が測定できるように、再較正期間が長いことが望まれることがある。より頻繁な再較正は、ＢＰ推定誤差を低減し得るが、あまり頻繁でない再較正は、システムをより常用に適したものにし得る。
【０１３５】
ＣＳ−ＰＰＧを使用したＢＰ推定の結果を提示し、ナイキストＰＰＧを使用したＢＰ推定の結果と比較する。たとえば、この評価のために、ＭＩＭＩＣデータベースからの１３人の患者に対応する記録を使用することができ、それらの記録の長さは平均３８時間のオーダーである。患者記録全体のＣＳ−ＰＰＧを生成するために、勾配射影ベースのスパース再構成（ＧＰＳＲ）手法が使用され得る。
【０１３６】
図１５に、提案する手法のＥＣＧおよびＣＳ−ＰＰＧ信号の使用に基づくＢＰ推定結果を示す。ＵＳＲの値は、ＰＰＧ信号のＣＳフレームワークベースの測定の場合、４０になるように取ることができる。ＢＰ監視の観点から、ＢＰ推定値の報告／生成の周波数を計算することが重要であり得る。ＣＳ−ＰＰＧおよびナイキストＰＰＧベースラインアルゴリズムを使用して毎分生成されたＢＰ推定値の平均数として、項ＮBPを導入することができる。
【０１３７】
図１５はまた、ＳＢＰおよびＤＢＰ推定誤差の標準偏差、ならびに、ナイキストＰＰＧのＮBPと、ＵＳＲが４０の場合のＣＳ−ＰＰＧのＮBPとを示している。ＢＰ推定に関する医療器具開発協会（Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ：ＡＡＭＩ）の要件は、ＳＢＰとＤＢＰの両方に関して誤差の標準偏差は８ｍｍＨｇを下回らなければならないことを示している。ＳＢＰ推定誤差とＤＢＰ推定誤差の両方に関して平均標準偏差が８ｍｍＨｇ未満であり得ることが、図１５から観測され得る。さらに、ナイキストＰＰＧと比較すると、ＣＳ−ＰＰＧを使用することによって精度が劣化していない。この例示的なシミュレーションでは、ナイキストＰＰＧを使用すると毎分平均５１ＢＰの推定値であることと比較して、ＵＳＲが４０のときに毎分平均８．８５ＢＰの測定値が推定され得る。
【０１３８】
本開示では、ＰＰＧ信号を収集するためのＣＳベースの低電力ソリューションを提案するが、ＨＲおよびＢＰ推定精度は、提案するＣＳ−ＰＰＧ手法を使用して損なわれないことがある。また、少なくともＫ≧Ｍ ｌｏｇ Ｎ／Ｍ個のサンプルが収集され、十分な計算リソースが受信機において利用可能であるという条件で、ＰＰＧ信号全体が任意に高い分解能で再構成され得ることが示される。
【０１３９】
圧縮感知ベースのパケットロス補償
本開示では、送信機と受信機との間の不良チャネル状態、輻輳およびモビリティによるパケットロスの問題に対処する。通信リンクにおけるパケットロスに対するロバストネスを改善するために、生物医学信号（すなわち、ＰＰＧ信号、ＥＣＧ信号など）のスパースな性質を利用することが特に興味深いことがあり得る。無線で送信されている信号が本質的にスパースである（すなわち、その信号が冗長性を有する）とき、パケットロスは、チャネルによって実行される圧縮として疎に扱われ得る。
【０１４０】
本開示のいくつかの態様は、電力消費量を低下させ、遠隔医療におけるＥＣＧ信号のロバストな通信を達成するための、ＣＳベースの手法をサポートする。ＥＣＧ信号は、フーリエ／ガボール空間において、ＰＰＧ信号と比較してスパースでないことがあることが観測され得る。図１７に示すように、０．０５Ｈｚ〜４０Ｈｚ帯域内に多くの成分があり得、それらの成分は、ＥＣＧ信号にとって臨床的に関係のあるものと見なされ得る。本開示で提案するＣＳベースのＰＬＣ手法は、少なくともＫ≧Ｍ ｌｏｇ Ｎ／Ｍ個の測定値が再構成のために受信機において利用可能であるという条件で、ＰＰＧおよび他の信号にも完全に適用可能であり得る。
【０１４１】
データが送信機（すなわち、センサ）から受信機（すなわち、アグリゲータ）にパケットの形態でワイヤレス送信され得ると仮定することができる。従来の用語に従って、各パケットはサービスデータユニット（Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｄａｔａ Ｕｎｉｔ：ＳＤＵ）およびアプリケーションデータユニット（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｄａｔａ Ｕｎｉｔ：ＡＤＵ）を含み得る。ＡＤＵはアプリケーション層のＥＣＧペイロードを含み得、ペイロードは、８〜１２ビットの典型的なビット分解能でＰ個のＥＣＧサンプルを含むように定義され得る。チャネル誤差をもつＳＤＵが下位層において欠落し得、損失したパケットのロケーションが、正しく受信したパケットのヘッダ中のシーケンス番号フィールドを介してアプリケーション層において識別され得ると仮定することができる。
【０１４２】
データは、未加工ＥＣＧサンプルの形態では送信されないことがある。代わりに、そのデータに対してアプリケーション層プリコーディングが実行され得る。その意図は、式（３）において定義されたランダム測定行列Ｈを使用することによって、送信の前に元のＥＣＧ信号をプリコードすることである。得られたプリコードされたデータを使用して、ｎ＞１個の（すなわち、複数の）パケットが形成され得、次いで、それらのパケットは順番に受信機に送信され得る。この動作は、パケットロスの場合に原信号に関する何らかの情報を推測することが可能であり得るようにし得る。ＥＣＧ信号推定値、ＨＲ推定値などを得るために、ＣＳベースの再構成原理が受信データに適用され得る。このプロセスは、送信すべき各情報ビットが、拘束長として定義されたより長い持続時間にわたって拡散される、畳み込み符号化に類似することがある。各ＡＤＵ中のサンプル数はＰによって示される。ＥＣＧ信号はＭＩＭＩＣデータベースから取られ得、サンプリングレートはｆs＝１２５Ｈｚとすることができる。
【０１４３】
図１６に、本開示のいくつかの態様による、ＣＳベースのパケットロス補償（ｐａｃｋｅｔ ｌｏｓｓ ｃｏｎｃｅａｌｍｅｎｔ：ＰＬＣ）の例示的な動作１６００を示す。動作１６１０〜１６４０は送信機（たとえば、ＰＰＧセンサおよびＥＣＧセンサなどの生物医学センサ）において実行され得、動作１６５０〜１６７０は受信機（たとえば、モバイルハンドセットまたはＰＤＡ）において実行され得る。
【０１４４】
１６１０において、監視された生物医学信号のサンプルを収集する。たとえば、Ｎ＝ｎ・Ｐである、Ｎ個の連続するＥＣＧのサンプルを備えるベクトルｘが生成され得る。その後、次元Ｋ×Ｎの測定行列Ｈが作成され得る。一態様では、行列Ｈの要素は、対称ベルヌーイ分布Ｐｒ（Ｈi,j＝−１または１）＝１／２から単独で選択され得る。別の態様では、その測定行列の行は、２Kウォルシュシーケンスからランダムに選択され得る。さらに別の態様では、その測定行列の行は、サイズＮ×Ｎのハール行列からランダムに選択され得る。
【０１４５】
１６２０において、当該の処理された信号を得るために、監視された生物医学信号の収集されたサンプルを随意に処理する。たとえば、図１４に示すように、パルス到達時刻（ＰＡＴ）および心拍数（ＨＲ）変動性を得るために、ならびに血液中の酸素含有量を得るために、ＥＣＧおよびＰＰＧ信号が利用され得る。ＨＲ変動性およびＰＡＴは、さらに、式（１０）によって定義されたように、血圧を計算するために使用され得る。１６３０において、プリコードされた信号を得るために、測定行列を使用して原信号ｘ（たとえば、ＥＣＧ信号およびＰＰＧ信号）または処理された信号（たとえば、ＰＡＴ、ＨＲ変動性、酸素含有量など）をプリコードする。
【０１４６】
１６４０において、プリコードされた信号の少なくとも１つのパケットを得るために、プリコードされた信号をパケット化する。たとえば、Ｋ個のプリコードされたサンプルが、送信の前にｎ＝Ｋ／Ｐ個のパケットにパケット化され得る。万一チャネルがいくつかのパケットを欠落させた場合、正しく受信したプリコードされたデータパケットから原信号を再構成するために、監視された生物医学信号の基礎をなす変換領域スパーシティが使用され得る。再構成忠実度はパケットロス率および信号スパーシティ構造に依存し得ることに留意されたい。１６５０において、プリコードされた信号の少なくとも１つのパケットをワイヤレスチャネルを介して送信する。Ｎ個のサンプルがプリコードされ、送信され得るので、一定のエンドツーエンド待ち時間Ｎ／ｆs（または
【数３０】
【０１４７】
）秒がシステムに導入され得る。パラメータＫはＮに（すなわち、ｎ・Ｐに）設定され得る。ＰＰＧ収集に関して、収集電力を節約するために、パラメータＫは、Ｎよりもはるかに小さく設定され、スパーシティを活用し得ることが想起され得る。
【０１４８】
１６６０において、ワイヤレスチャネルを介して送信された少なくとも１つのパケットをアグリゲータにおいて受信する。１６７０において、送信中に破損または損失したパケットのインデックスを識別する。次いで、１６８０において、送信された信号の元のサンプルを再構成するために、これらのインデックスを使用する。
【０１４９】
センサは、非一様サンプリングインスタンスのシーケンスを生成するために、ランダムシードを利用し得る。このランダムシードは、再構成中にサンプリングインスタンスのシーケンスを再生成し、使用することができるように、受信機に通信され得る。一方、受信機は、セキュアな通信において使用されるキーに基づいてランダムシードを選択し得る。この場合、受信機は、サンプリングインスタンスの同じシーケンスがセンサと受信機の両方において採用できるように、どのランダムシードを使用すべきかをセンサに通知し得る。
【０１５０】
ワイヤレスチャネルを次元Ｋ×Ｋの対角行列Ｈcによって表す。再構成のためのアプリケーション層において損失し、利用不可能なパケットのインデックスを含んでいるセットをＳとする。セットＳの濃度は、欠落したパケットの数を表し得る。Ｈcの対角線上の要素は次のように定義され得る。
【数３１】
【０１５１】
ｒにＨcを前から掛けると、本質的に、正常に受信したプリコードされたデータサンプルが与えられ得る。得られたベクトルは
【数３２】
【０１５２】
として示すことができ、それはＨc・Ｈ・ｘによって与えられる。セットＳの濃度がｎである場合、これは、すべてのパケットが送信中に欠落したことを暗示し得、この場合、受信機において推定された信号は０に設定され得る。セットＳの濃度が０である（すなわち、Ｈcが単位行列である）場合、これは、欠落したパケットがないことを暗示し得る。この場合、ＥＣＧ信号
【数３３】
【０１５３】
は単に
【数３４】
【０１５４】
と推定され得、上式でＨ#はＨの擬逆数である。Ｓの濃度が０よりも大きくｎよりも小さい場合は、受信したベクトル
【数３５】
【０１５５】
に基づいて信号推定値
【数３６】
【０１５６】
を得るために、前に説明したＭＰアルゴリズムが使用され得る。この特定の場合においては、ＭＰアルゴリズム中の項Ｈの代わりにＨc・Ｈを使用する必要があり得ることに留意されたい。
【０１５７】
ＣＳ再構成中にスパーシティを実施するために、式（１）において定義されたガボール基底Ｗが使用され得る。この特定のＣＳベースのＰＬＣ方式はＣＳ−ＰＬＣと呼ばれることがある。図１５は、ＥＣＧ信号ｘと、ガボール変換空間におけるその対応する表現ｙ（すなわち、Ｗ・ｘ）との短いセグメントの一例を示している。図１７には、ｒ＝Ｈ・ｘによって与えられる、ｘのプリコードされたバージョンも示されている。
【０１５８】
ＣＳ−ＰＬＣ手法内のプリコーディングがｎ・Ｐ回の内積に関与し得、各内積がｎ・Ｐ回のオーダーの算術演算を必要とし得ることに留意されたい。したがって、プリコーディング複雑さはＯ（ｎ2・Ｐ2）回のオーダーである。プリコーディング複雑さを減少させるために、本開示では、インターリービングに基づく代替ＣＳベースのＰＬＣ手法をも提案する。
【０１５９】
図１８に、本開示のいくつかの態様による、インターリービングベースのＣＳ−ＰＬＣの例示的な動作１８００を示す。動作１８１０〜１８５０は送信機（たとえば、ＰＰＧセンサおよびＥＣＧセンサなど、生物医学信号のセンサ）において実行され得る。動作１８６０〜１８９０は受信機（たとえば、モバイルハンドセットまたはＰＤＡ）において実行され得る。
【０１６０】
１８１０において、監視された生物医学信号のサンプルを収集する。１８２０において、プリコードされたサンプルのセットを得るために、定義された数の収集されたサンプルをプリコードする。１８３０において、インターリーブされた信号を得るために、プリコードされたサンプルのセットにわたってサンプルレベルインターリービングを実行する。１８４０において、インターリーブされた信号の少なくとも１つのパケットを得るために、インターリーブされた信号をパケット化する。１８５０において、インターリーブされた信号の少なくとも１つのパケットをワイヤレスチャネルを介して送信する。
【０１６１】
１８６０において、ワイヤレスチャネルを介して送信された少なくとも１つのパケットを受信する。１８７０において、送信中に破損または損失したパケットのインデックスを識別する。次いで、送信された信号の元のサンプルを再構成するために、これらのインデックスを使用する。１８８０において、デインターリーブされた信号を得るために、受信した信号をデインターリーブする。最後に、１８９０において、送信された信号の元のサンプルを推定するために、たとえばＭＰアルゴリズムを使用することによって、デインターリーブされた信号を処理する。
【０１６２】
図１６に示すＣＳ−ＰＬＣ方式１６００と比較して、主要な差は、ここではプリコーディングが、ｎ・Ｐ個のサンプルではなく、Ｐ個のＥＣＧサンプルに対して実行され得、それにより、プリコーディング複雑さがｎ2分の１に低減され得ることである。この後に、ｎ・Ｐ個のサンプルの長さにわたって、プリコードされたデータのサンプルレベルインターリービングが続き得る。図１６からのＣＳ−ＰＬＣ方式１６００と比較して、元のＥＣＧデータはより短い持続時間にわたってプリコードされ得るが、インターリービングステップ１８３０により、より長い持続時間にわたって信号情報を拡散することが可能になり得る。インターリービングプロセスは、バースト的チャネル誤差（すなわち、順に複数のパケットを損失すること）の処理を可能にし得る。また、センサ寿命と再構成忠実度との間の最適なトレードオフを達成するために、パラメータＵＳＲ、ｎ、ＫおよびＨは、受信機におけるＨc、
【数３７】
【０１６３】
および
【数３８】
【０１６４】
の観測値に基づいて適合させられ得ることに留意されたい。
【０１６５】
提案するＣＳ−ＰＬＣ方式を再送信ベースの手法と比較することができ、再送信ベースの手法では、受信機において正常に受信されていないパケットに対して最高ｋ−１回の再送信試行が行われ得る。したがって、ｋ＝１は、データが送信機から１回のみ送信され得ることを示し、パケットが欠落した場合、対応する信号ロケーションは受信機によって０に設定され得る。再送信は、前方誤り訂正（ＦＥＣ）と比較して帯域幅不利益は小さくなり得るが、送信機においてパケットをバッファする必要があり得るので、センサにおける複雑さが大きくなる。さらに、システム待ち時間が大きいことがあり、それはラウンドトリップタイム（ｒｏｕｎｄ ｔｒｉｐ ｔｉｍｅ：ＲＴＴ）に比例する。これらの理由のために、ＣＳ−ＰＬＣ手法は、低電力センサに関してＦＥＣおよび再送信ベースの手法よりも好ましいものであり得る。
【０１６６】
上述の様々なＰＬＣ方式の定量的比較をパケットロス率に関して提示する。パケットロス率は、チャネル状態、輻輳などのインジケータとすることができ、パケットが送信中に欠落した率を表し得る。パケットロス率は０と１との間に境界を画定され得、０はチャネルがクリーンであることを示し得、１はチャネルが完全に信頼できないことを示し得る。本開示で提示するすべての比較は、２０，０００のモンテカルロチャネル実現にわたって平均化される。
【０１６７】
ＰＬＣ方式のパフォーマンスは、最初に、
【数３９】
【０１６８】
として定義される正規化ＲＭＳＥに関して評価される。項Ｅ［・］は、ＥＣＧ信号ｘおよび異なるチャネル実現Ｈcの様々な実現にわたるモンテカルロ平均化を用いた期待値演算子を示す。ＥＣＧ信号の実現ｘは、１２５ＨｚでサンプリングされたＭＩＭＩＣデータベースから取られ得る。
【０１６９】
図１９は、パラメータｎの異なる値に関するＣＳ−ＰＬＣ方式の正規化ＲＭＳＥパフォーマンスを比較する。Ｋの値は、提示する定量分析ごとに、パケット当たり２０個のサンプルに設定されている。ｎの当該の例示的な値は５、１０および２０であり、それぞれ、０．８秒、１．６秒および２．４秒の待ち時間に対応する。正規化ＲＭＳＥはパケットロス率の増加とともに劣化し得ることが、図１９から観測され得る。これが予想され得るのは、パケットロス率が高くなると、
【数４０】
【０１７０】
を推定するために受信機において利用可能な確実なデータの量が低減することが暗示され得るからである。また、正規化ＲＭＳＥパフォーマンスはパケットの数ｎの増加とともに改善し得ることに留意されたい。ｎが高くなると、スパーシティは、より長いＥＣＧ信号持続時間にわたって実施され得、したがって、再構成忠実度が改善され得る。
【０１７１】
図２０に、ワイヤレスチャネルによって４つのパケットが欠落したときの受信機における例示的な信号再構成を示す。この特定の例では、ｎは１５個のパケットに設定されている。曲線２０１０は原信号を表す。曲線２０２０は、ｋ＝１（すなわち、単一送信）である、ｋ送信方式を表し、曲線２０３０はＣＳ−ＰＬＣベースの信号推定を表す。曲線２０２０に対応する１送信方式に関与するパケットロス補償はなく、すなわち、パケットが損失した場合、受信機における当該の信号ロケーションにおいて０が代用され得る。１送信方式では、この特定の例において２つのＥＣＧピークが損失し得るが、ＣＳ−ＰＬＣを使用すると、完全なＥＣＧ信号が高忠実度で推定され得ることに留意されたい。重要なロケーションにおいて信号成分を損失すると、常時ＨＲ監視のような医療適用例に深刻な影響を及ぼし得ることにも留意されたい。
【０１７２】
図２１に、ＣＳ−ＰＬＣ方式と、インターリービングを用いたＣＳと、再送信方式との比較を示す。曲線２１１０と曲線２１２０は、それぞれ、ＣＳ−ＰＬＣ方式と「ＣＳおよびインターリービング」方式を表す。ｎの値は１５個のパケットに設定されている。「ＣＳおよびインターリービング」技法を使用して得られる再構成忠実度は、ＣＳ−ＰＬＣ方法と極めて同等であり得ることに留意されたい。「ＣＳおよびインターリービング」方式では、より小さい信号サポートにわたって（すなわち、各パケット内で）プリコーディングが実行され得るが、インターリービングプロセスにより、Ｎ個のサンプルの長さにわたって情報を拡散することが可能になり得る。「ＣＳおよびインターリービング」技法を使用する主要な利益は、一般に、より電力が制約される側であり得るセンサ側におけるプリコード複雑さの低減であり得る。図２１中の曲線２１３０は、１送信方式を表す。中程度のパケットロス率１０-2のときに、１送信方法は、ＣＳ−ＰＬＣ方式と比較してＲＭＳＥパフォーマンスが約５倍低下し得ることに留意されたい。
【０１７３】
前に提案したサンプルレベルインターリービングが１送信方式において採用され得る。インターリービングを用いると、１送信方法は、パケットロス率が１０-2の場合、ＣＳ−ＰＬＣと比較してパフォーマンスの低下がわずか３倍であり得る（すなわち、プロット２１４０対プロット２１１０）ことが観測され得る。インターリービングなしのｋ送信手法におけるｋの異なる値に関するＲＭＳＥパフォーマンスを提示する。曲線２１５０、２１６０、および２１７０は、それぞれ、ｋ＝２、３および４の場合を表す。２回および３回の再送信の場合、再構成ＲＭＳＥの著しい改善が達成され得ることが観測され得る。しかしながら、これにより、送信帯域幅、エンドツーエンドシステム待ち時間が増加し、センサにおけるプロトコル複雑さが大きくなり得る。
【０１７４】
上記で提示した様々なＰＬＣ方式を心拍検出精度に関して比較することができる。この量は、ＥＣＧ信号中のピークを正しく識別する率として定義できる。値１００％は完全な拍動検出を示し得、値０％は拍動検出なしを示し得る。ＡＡＭＩ規格によれば、拍動は、データベースから事前に入手可能な注釈付き拍動指数の１５０ｍｓ内に拍動がある場合、正しく検出されると見なされ得る。
【０１７５】
図２２に、本開示のいくつかの態様による、様々なＰＬＣ方式に関する心拍検出パフォーマンス比較を示す。図２２に示すモンテカルロシミュレーションの場合の想定されるパラメータは、図２１に示すシミュレーションの場合と同じである。図２２に示すシミュレーション結果からのいくつかの所見がある。第１に、心拍検出率は、予想通り、パケットロス率の増加とともに劣化し得る。第２に、ｋ送信方式のパフォーマンスは、再送信の数ｋの増加とともに改善し得る。ここでも、これが得られても、送信帯域幅およびエンドツーエンドシステム待ち時間は増加し得る。第３に、提案するＣＳベースのＰＬＣ方式（すなわち、プロット２２１０および２２２０）は、パケットロス率が極めて高いときでさえ、３送信方法よりも優れたパフォーマンスを発揮し得る。パケットロス率が０．５のとき、８７％の検出精度を達成し得る３送信方法（すなわち、プロット２２６０）とは反対に、ＣＳおよびインターリービングベースのＰＬＣ方法（すなわち、プロット２２２０）は、９６％の検出精度を達成し得ることに留意されたい。単一送信およびインターリービングなし（すなわち、プロット２２３０）の場合、パケットロス率が０．５のときに得られる検出精度は、５５％に等しいことがあり得る。
【０１７６】
図２３〜図２４に、提案するＣＳ−ＰＬＣ方式を使用して復元されたオーディオ信号の例を示す。ＣＳ−ＰＬＣ方式が非生物医学信号について十分に正確な推定結果を与え得ることが観測され得る。
【０１７７】
要約すると、本開示では、ヘルスケアおよびフィットネス適用例のためのボディエリアネットワークにおける低電力ロバストセンサに関係する圧縮感知（ＣＳ）の様々な適用例を提示した。パルスオキシメータセンサ収集電力を著しく低減しながら、臨床的適用例においてそのユーティリティが損なわれないことがあることが示された。詳細には、ＭＩＭＩＣデータベース中の多くの対象者からの長期データを使用してＣＳベースの収集手法をナイキストサンプリングと比較し、ＨＲおよびＢＰ推定が、許容される精度基準を満たすことができることが示された。
【０１７８】
ＣＳベースの手法は、センサの寿命を増加させるために使用され得るが、受信機において複雑さが追加される。センサ側におけるアンダーサンプリングと所与のタスクに対する受信機複雑さとの間のトレードオフを提示した。ＢＡＮにおける多くのヘルスケアおよびフィットネス適用例の場合、受信機複雑さは、十分に、現在のモバイルハンドセットおよびＰＤＡプラットフォームの機能内であり得る。心拍数推定などの適用例は、完全な再構成を必要としないことがあり、受信機複雑さをさらに低減し得る。最後に、パケットロスの存在下でのロバストな通信のためのＣＳベースの信号処理の利益が提示された。パケットロス率が増加するにつれて、再構成精度がゆるやかに劣化し得ることが示された。高いパケットロス率状態の存在下でさえ、ＥＣＧ信号が高忠実度で復元され得ることが示され得る。ＭＩＭＩＣデータベースからのＥＣＧデータに基づいて提示したシミュレーションでは、０．５と同じ高さのパケットロス率のときでも最高９６％の拍動検出精度が維持され得ることが示され得る。
【０１７９】
上記で説明した方法の様々な動作は、対応する機能を実行することが可能な任意の好適な手段によって実行できる。それらの手段は、限定はしないが、回路、特定用途向け集積回路（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、またはプロセッサを含む、様々なハードウェアおよび／またはソフトウェア構成要素（複数可）および／またはモジュール（複数可）を含むことができる。一般に、図に示す動作がある場合、それらの動作は、同様の番号をもつ対応するカウンターパートのミーンズプラスファンクション構成要素を有することができる。たとえば、図１６、図１８、図２５および図２８に示す、ブロック１６１０〜１６８０、１８１０〜１８９０、２５１０〜２５５０および２８１０〜２８２０は、図１６Ａ、図１８Ａ、図２５Ａおよび図２８Ａに示す、回路ブロック１６１０Ａ〜１６８０Ａ、１８１０Ａ〜１８９０Ａ、２５１０Ａ〜２５５０Ａおよび２８１０Ａ〜２８２０Ａに対応する。
【０１８０】
本明細書で使用する「判断」という用語は、多種多様なアクションを包含する。たとえば、「判断」は、計算、算出、処理、導出、調査、探索（たとえば、テーブル、データベース、または別のデータ構造中の探索）、確認などを含むことができる。また、「判断」は、受信（たとえば、情報を受信すること）、アクセス（たとえば、メモリ中のデータにアクセスすること）などを含むことができる。また、「判断」は、解決、選択、選出、確立などを含むことができる。
【０１８１】
本明細書で使用する、項目のリスト「のうちの少なくとも１つ」を指す句は、単一のメンバーを含む、それらのアイテムの任意の組合せを指す。一例として、「ａ、ｂ、またはｃのうちの少なくとも１つ」は、ａ、ｂ、ｃ、ａ−ｂ、ａ−ｃ、ｂ−ｃ、およびａ−ｂ−ｃをカバーするものとする。
【０１８２】
上記で説明した方法の様々な動作は、様々なハードウェアおよび／またはソフトウェア構成要素（複数可）、回路、および／またはモジュール（複数可）など、それらの動作を実行することが可能な任意の好適な手段によって実行できる。一般に、図に示すどの動作も、その動作を実行することが可能な対応する機能的手段によって実行できる。
【０１８３】
本開示に関して説明した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ：ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ信号（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ）または他のプログラマブル論理デバイス（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅ：ＰＬＤ）、個別ゲートまたはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、あるいは本明細書で説明した機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せを用いて実装または実行できる。汎用プロセッサはマイクロプロセッサとすることができるが、代替として、プロセッサは、任意の市販のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械とすることができる。プロセッサは、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、複数のＤＳＰコア、１つまたはそれより多いＤＳＰコアと連携する１つまたはそれより多いマイクロプロセッサ、あるいは任意の他のそのような構成として実装することもできる。
【０１８４】
本開示に関連して説明した方法またはアルゴリズムのステップは、直接ハードウェアか、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールか、またはその２つの組合せで実施できる。ソフトウェアモジュールは、当技術分野で知られている任意の形態の記憶媒体中に常駐することができる。使用できる記憶媒体のいくつかの例には、ランダムアクセスメモリ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ：ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ：ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭなどがある。ソフトウェアモジュールは、単一の命令、または多数の命令を備えることができ、いくつかの異なるコードセグメント上で、異なるプログラム間で、および複数の記憶媒体にわたって分散できる。記憶媒体は、プロセッサがその記憶媒体から情報を読み取ることができ、その記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合できる。代替として、記憶媒体はプロセッサに一体化することができる。
【０１８５】
本明細書で開示する方法は、説明した方法を達成するための１つまたはそれより多いステップまたはアクションを備える。本方法のステップおよび／またはアクションは、特許請求の範囲から逸脱することなく互いに交換することができる。言い換えれば、ステップまたはアクションの特定の順序が指定されない限り、特定のステップおよび／またはアクションの順序および／または使用は特許請求の範囲から逸脱することなく変更できる。
【０１８６】
説明した機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組合せで実装できる。ソフトウェアで実装した場合、機能は１つまたはそれより多い命令としてコンピュータ可読媒体上に記憶できる。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスできる任意の利用可能な媒体でよい。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、または他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージまたは他の磁気記憶デバイス、あるいは命令またはデータ構造の形態の所望のプログラムコードを搬送または記憶するために使用でき、コンピュータによってアクセスできる、任意の他の媒体を備えることができる。本明細書で使用するディスク（ｄｉｓｋ）およびディスク（ｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ｃｏｍｐａｃｔ ｄｉｓｃ）、レーザディスク、光ディスク、デジタル多用途ディスク（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｄｉｓｃ：ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク、およびブルーレイディスク（Ｂｌｕ−ｒａｙ ｄｉｓｃ）を含み、ディスク（ｄｉｓｋ）は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク（ｄｉｓｃ）はデータをレーザで光学的に再生する。
【０１８７】
したがって、いくつかの態様は、本明細書で提示する動作を実行するためのコンピュータプログラム製品を備えることができる。たとえば、そのようなコンピュータプログラム製品は、本明細書で説明する動作を実行するために１つまたはそれより多いプロセッサによって実行可能である命令をその上に記憶した（および／または符号化した）コンピュータ可読媒体を備えることができる。いくつかの態様では、コンピュータプログラム製品はパッケージング材料を含むことができる。
【０１８８】
ソフトウェアまたは命令はまた、送信媒体を介して送信できる。たとえば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ ｌｉｎｅ：ＤＳＬ）、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、または他のリモートソースから送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術は、送信媒体の定義に含まれる。
【０１８９】
さらに、本明細書で説明した方法および技法を実行するためのモジュールおよび／または他の適切な手段は、適用可能な場合にアクセス端末および／またはアクセスポイントによってダウンロードおよび／または他の方法で取得できることを諒解されたい。たとえば、本明細書で説明した方法を実行するための手段の転送を可能にするために、そのようなデバイスをサーバに結合することができる。代替的に、本明細書で説明した様々な方法を記憶手段（たとえば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、コンパクトディスク（ＣＤ）またはフロッピー（登録商標）ディスクなどの物理的記憶媒体など）によって提供することができ、それにより、アクセス端末および／またはアクセスポイントは、その記憶手段をデバイスに結合または供給すると、それらの様々な方法を取得することができるようになる。さらに、本明細書で説明する方法および技法をデバイスに与えるための任意の他の適切な技法を利用することができる。
【０１９０】
特許請求の範囲は、上記に示した正確な構成および構成要素に限定されないことを理解されたい。上記で説明した方法および装置の構成、動作および詳細において、特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な改変、変更および変形を行うことができる。
【０１９１】
本開示におけるワイヤレスデバイスは、ワイヤレスデバイスによって送信されるか、またはワイヤレスデバイスにおいて受信される信号に基づいて機能を実行する様々な構成要素を含むことができる。ワイヤレスデバイスはまた、ウェアラブルワイヤレスデバイスを指すことがある。いくつかの態様では、ウェアラブルワイヤレスデバイスは、ワイヤレスヘッドセットまたはワイヤレスウォッチを備えることができる。たとえば、ワイヤレスヘッドセットは、受信機を介して受信されたデータに基づいてオーディオ出力を与えるように適合されたトランスデューサを含むことができる。ワイヤレスウォッチは、受信機を介して受信されたデータに基づいて指示を与えるように適合されたユーザインターフェースを含むことができる。ワイヤレス感知デバイスは、送信機によって送信すべきデータを与えるように適合されたセンサを含むことができる。
【０１９２】
ワイヤレスデバイスは、好適なワイヤレス通信技術に基づくあるいはサポートする１つまたはそれより多いワイヤレス通信リンクを介して通信することができる。たとえば、いくつかの態様では、ワイヤレスデバイスはネットワークに関連することができる。いくつかの態様では、ネットワークは、超広帯域技術または何らかの他の好適な技術を使用して実装された、（たとえば、３０メートルのオーダーのワイヤレスカバレージエリアをサポートする）パーソナルエリアネットワーク、または（たとえば、１０メートルのオーダーのワイヤレスカバレージエリアをサポートする）ボディエリアネットワークを備えることができる。いくつかの態様では、ネットワークはローカルエリアネットワークまたはワイドエリアネットワークを備えることができる。ワイヤレスデバイスは、たとえば、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＯＦＤＭ、ＯＦＤＭＡ、ＷｉＭＡＸ、Ｗｉ−Ｆｉなど、様々なワイヤレス通信技術、プロトコル、または規格のうちの１つまたはそれより多いサポートあるいは使用することができる。同様に、ワイヤレスデバイスは様々な対応する変調方式または多重化方式のうちの１つまたはそれより多くをサポートあるいは使用することができる。したがって、ワイヤレスデバイスは、上記または他のワイヤレス通信技術を使用して１つまたはそれより多いワイヤレス通信リンクを確立し、それを介して通信するために適切な構成要素（たとえば、エアインターフェース）を含むことができる。たとえば、デバイスは、ワイヤレス媒体による通信を可能にする様々な構成要素（たとえば、信号生成器および信号プロセッサ）を含むことができる関連する送信機構成要素および受信機構成要素（たとえば、送信機２１０または３０２および受信機２１２または３０４）をもつワイヤレストランシーバを備えることができる。
【０１９３】
本明細書の教示は、様々な装置（たとえば、デバイス）に組み込む（たとえば、装置内に実装する、または装置によって実行する）ことができる。たとえば、本明細書で教示する１つまたはそれより多い態様は、電話（たとえば、セルラー電話）、個人情報端末（「ＰＤＡ」）またはいわゆるスマートフォン、娯楽デバイス（たとえば、音楽およびビデオプレーヤを含むポータブルメディアデバイス）、ヘッドセット（たとえば、ヘッドフォン、イヤピースなど）、マイクロフォン、医療感知デバイス（たとえば、生体センサ、心拍数モニタ、歩数計、ＥＫＧデバイス、スマートバンデージなど）、ユーザ入出力デバイス（たとえば、ウォッチ、遠隔制御装置、照明スイッチ、キーボード、マウスなど）、環境感知デバイス（たとえば、タイヤ空気圧モニタ）、医療または環境感知デバイス（たとえば、デスクトップ、モバイルコンピュータなど）からデータを受信することができる監視デバイス、ポイントオブケアデバイス、補聴器、セットトップボックス、または他の好適なデバイスに組み込むことができる。監視デバイスは、ネットワークとの接続を介して様々な感知デバイスからのデータにアクセスすることもできる。
【０１９４】
これらのデバイスは、異なる電力およびデータ要件を有することができる。いくつかの態様では、本明細書の教示は、（たとえば、インパルスベースのシグナリング方式および低デューティサイクルモードを使用して）低電力適用例で使用するように適合させることができ、（たとえば、高帯域パルスを使用して）比較的高いデータレートを含む様々なデータレートをサポートすることができる。
【０１９５】
いくつかの態様では、ワイヤレスデバイスは、通信システムのためのアクセスデバイス（たとえば、アクセスポイント）を備えることができる。そのようなアクセスデバイスは、たとえば、ワイヤードまたはワイヤレス通信リンクを介して別のネットワーク（たとえば、インターネットまたはセルラーネットワークなどワイドエリアネットワーク）への接続性を提供することができる。したがって、アクセスデバイスは、別のデバイス（たとえば、ワイヤレス局）が他のネットワークまたは何らかの他の機能にアクセスできるようにすることができる。さらに、それらのデバイスのうちの一方または両方はポータブルでも、場合によっては比較的非ポータブルでもよいことを諒解されたい。また、ワイヤレスデバイスは、適切な通信インターフェースを介して非ワイヤレスの方式で（たとえば、ワイヤード接続を介して）情報を送信および／または受信することもできることを諒解されたい。
【技術分野】
【０００１】
米国特許法第１１９条に基づく優先権の主張
本特許出願は、本出願の譲受人に譲渡され、参照により本明細書に明確に組み込まれる、２００８年９月２６日に出願された仮出願第６１／１００，６５４号および２００８年９月２９日に出願された仮出願第６１／１０１，０５６号の優先権を主張する。
【０００２】
本開示のいくつかの態様は、一般に信号処理に関し、より詳細には、信号のアンダーサンプリングされた収集、送信、および再構成のための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
圧縮感知（ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｅｎｓｉｎｇ：ＣＳ）は、シャノン（Ｓｈａｎｎｏｎ）／ナイキスト（Ｎｙｑｕｉｓｔ）サンプリング定理によって提案されるセンサ測定よりも著しく少数のセンサ測定を使用して、任意に高い分解能で信号を復元することができる、新興の信号処理概念である。これは、感知されている信号が、ある領域において本質的に圧縮可能またはスパースであるときに可能である。Ｍ≪ｆs／２であり、ｆsが、ナイキストサンプリングレートなど、提案されるサンプリングレートである、Ｍ非ゼロスペクトル成分をもつ帯域制限信号のクラスについて考える。旧来、そのような信号は、より効率的な送信および／または記憶のために収集後に圧縮できる。
【０００４】
ＣＳフレームワークでは、その収集処理（すなわち、感知すること）は、ソース圧縮に一体化することができ、信号のスパースな性質とは無関係なものとすることができる。しかしながら、このスパーシティ情報は、信号再構成を実行するために受信機側において必要とされることがある。ＣＳフレームワークにおける測定は、一般に、信号とランダム基底関数との内積として定義される。これらの信号は、少なくとも２Ｍサンプルが受信機において利用可能であれば、正確に復元できるが、受信機において若干の計算複雑性が追加される。これは、ボディエリアネットワーク（ｂｏｄｙ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ：ＢＡＮ）において採用されるセンサの可使時間を増加させるためにフレキシブルな電力量で計算複雑性がノードにシフトされるので、ＢＡＮに関して有用であることがある。
【０００５】
ＣＳパラダイムは、信号検出／分類、イメージング、データ圧縮および磁気共鳴イメージング（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ：ＭＲＩ）に関係する適用例のために使用できる。改善された信号忠実度および優れた認識パフォーマンスに関するＣＳの利益が報告されている。本開示では、ヘルスケアおよびフィットネス適用例のためのＢＡＮ内に低電力センサを設けるためのＣＳベースの信号処理を提案する。
【０００６】
ヘルスケア適用例におけるＢＡＮの重要な側面は、センサ電力および通信待ち時間を最小限に抑えながら、センサ（すなわち、送信機）とアグリゲータ（すなわち、受信機）との間の確実な通信リンクを提供することである。以前に、マルチホップワイヤレスネットワークに関して最高５０％のパケットロス率が観測されたことが報告されている。しかしながら、そのパケットロスパフォーマンスは、サービス品質（Ｑｕａｌｉｔｙ oｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ：ＱｏＳ）アウェアなネットワークを採用することによって改善できる。一方のチャネルを緊急警報メッセージのために確保することができる、デュアルチャネル手法が適用できる。その結果として、５％〜２５％のより低いパケットロス率が観測され得る。しかしながら、パケットロス率はネットワーク輻輳とともに増加することがある。
【０００７】
さらに、ＢＡＮシナリオ内での前方誤り訂正（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ：ＦＥＣ）符号化の使用が探究されている。ＦＥＣ方式を使用することによって、通信待ち時間に関して秒のオーダーの小さい残余パケットロス率が観測され得る。また、ジェネラルパケットラジオサービス（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐａｃｋｅｔ Ｒａｄｉｏ Ｓｅｒｖｉｃｅ：ＧＰＲＳ）リンクを介した心電図（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｃａｒｄｉｏｇｒａｍ：ＥＣＧ）信号の送信が調査され、通信待ち時間に関して秒のオーダーの小さいロス率が達成されている。ＦＥＣを使用することの利益はあるが、送信帯域幅およびセンサ複雑さが増加する。一方、再送信に基づく技法は、ＦＥＣ手法と比較して帯域幅不利益は小さくなるが、送信機においてパケットをバッファする必要があるので、センサの複雑さが大きくなる。また、ラウンドトリップタイムに比例した待ち時間不利益がある。
【０００８】
したがって、当技術分野では、所与のパケットロス率に関する特定用途向け客観的品質メトリックを損なうことなしに、送信機における帯域幅オーバーヘッドがより低く、計算複雑性がより低く、より長いセンサの寿命につながる方法が必要である。
【発明の概要】
【０００９】
いくつかの態様は、信号処理のための方法を提供する。本方法は、一般に、ある装置において、非一様サンプリングインスタンスを生成することと、複数の非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知することとを含む。
【００１０】
いくつかの態様は、信号処理のための装置を提供する。本装置は、一般に、非一様サンプリングインスタンスを生成するように構成された生成器と、複数の非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知するように構成されたセンサとを含む。
【００１１】
いくつかの態様は、信号処理のための装置を提供する。本装置は、一般に、非一様サンプリングインスタンスを生成するための手段と、複数の非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知するための手段とを含む。
【００１２】
いくつかの態様は、信号処理のためのコンピュータプログラム製品を提供する。本コンピュータプログラム製品は、非一様サンプリングインスタンスを生成することと、複数の非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知することとを行うように実行可能な命令を備えるコンピュータ可読媒体を含む。
【００１３】
いくつかの態様は感知デバイスを提供する。本感知デバイスは、一般に、非一様サンプリングインスタンスを生成するように構成された生成器と、少なくとも複数の非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知するように構成されたセンサと、感知されたサンプルを送信するように構成された送信機とを含む。
【００１４】
いくつかの態様は、信号処理のための方法を提供する。本方法は、一般に、ある装置において、他の装置から信号のサンプルを受信することと、上記他の装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断することと、非一様サンプリングインスタンスの判断されたセットを使用して、受信したサンプルから上記信号を再構成することとを含む。
【００１５】
いくつかの態様は、信号処理のための装置を提供する。本装置は、一般に、他の装置から送信された信号のサンプルを受信するように構成された受信機と、上記他の装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断するように構成された回路と、非一様サンプリングインスタンスの判断されたセットを使用して、受信したサンプルから上記信号を再構成するように構成された再構成器とを含む。
【００１６】
いくつかの態様は、信号処理のための装置を提供する。本装置は、一般に、他の装置から送信された信号のサンプルを受信するための手段と、上記他の装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断するための手段と、非一様サンプリングインスタンスの判断されたセットを使用して、受信したサンプルから上記信号を再構成するための手段とを含む。
【００１７】
いくつかの態様は、信号処理のためのコンピュータプログラム製品を提供する。本コンピュータプログラム製品は、ある装置から送信された信号のサンプルを受信することと、上記装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断することと、非一様サンプリングインスタンスの判断されたセットを使用して、受信したサンプルから上記信号を再構成することとを行うように実行可能な命令を備えるコンピュータ可読媒体を含む。
【００１８】
いくつかの態様はヘッドセットを提供する。本ヘッドセットは、一般に、ある装置から送信された信号のサンプルを受信するように構成された受信機と、上記装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断するように構成された回路と、非一様サンプリングインスタンスの判断されたセットを使用して、受信したサンプルから上記信号を再構成するように構成された再構成器と、上記再構成された信号に基づいてオーディオ出力を与えるように構成されたトランスデューサとを含む。
【００１９】
いくつかの態様は時計を提供する。本時計は、一般に、ある装置から送信された信号のサンプルを受信するように構成された受信機と、上記装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断するように構成された回路と、非一様サンプリングインスタンスの判断されたセットを使用して、受信したサンプルから上記信号を再構成するように構成された再構成器と、上記再構成された信号に基づいて指示を与えるように構成されたユーザインターフェースとを含む。
【００２０】
いくつかの態様は監視デバイスを提供する。本監視デバイスは、一般に、コネクタと、コネクタを介して、ある装置から送信された信号のサンプルを受信するように構成された受信機と、上記装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断するように構成された回路と、非一様サンプリングインスタンスの判断されたセットを使用して、受信したサンプルから上記信号を再構成するように構成された再構成器と、上記再構成された信号に基づいて指示を与えるように構成されたユーザインターフェースとを含む。
【００２１】
いくつかの態様は、信号処理のための方法を提供する。本方法は、一般に、複数の非一様サンプリングインスタンス中にソースを作動させることと、複数の非一様サンプリングインスタンス間でソースを停止させることとを含む。
【００２２】
いくつかの態様は、信号処理のための装置を提供する。本装置は、一般に、複数の非一様サンプリングインスタンス中にソースを作動させるように構成された作動回路と、複数の非一様サンプリングインスタンス間でソースを停止させるように構成された停止回路とを含む。
【００２３】
いくつかの態様は、信号処理のための装置を提供する。本装置は、一般に、複数の非一様サンプリングインスタンス中にソースを作動させるための手段と、複数の非一様サンプリングインスタンス間でソースを停止させるための手段とを含む。
【００２４】
いくつかの態様は、信号処理のためのコンピュータプログラム製品を提供する。本コンピュータプログラム製品は、一般に、複数の非一様サンプリングインスタンス中にソースを作動させることと、複数の非一様サンプリングインスタンス間でソースを停止させることとを行うように実行可能な命令を備えるコンピュータ可読媒体を含む。
【００２５】
いくつかの態様は感知デバイスを提供する。本感知デバイスは、一般に、複数の非一様サンプリングインスタンス中にソースを作動させるように構成された作動回路と、複数の非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知するように構成されたセンサと、複数の非一様サンプリングインスタンス間でソースを停止させるように構成された停止回路とを含む。
【００２６】
本開示の上述の特徴を詳細に理解することができるように、添付の図面にその一部を示す態様を参照することによって、上記で簡単に要約したより具体的な説明を得ることができる。ただし、その説明は他の等しく有効な態様に通じるので、添付の図面は、本開示のいくつかの典型的な態様のみを示し、したがって、その範囲を限定するものと見なすべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本開示のいくつかの態様による、例示的なワイヤレス通信システムを示す図。
【図２】本開示のいくつかの態様による、ワイヤレスデバイスにおいて利用できる様々な構成要素を示す図。
【図３】本開示のいくつかの態様による、ワイヤレス通信システム内で使用できる例示的な送信機と例示的な受信機とを示す図。
【図４】本開示のいくつかの態様によるボディエリアネットワーク（ＢＡＮ）の一例を示す図。
【図５】本開示のいくつかの態様による、ＢＡＮ内で使用されるセンサのアレイの例示的なブロック図。
【図６】本開示のいくつかの態様による、ＢＡＮ内で使用されるアグリゲータの例示的なブロック図。
【図７】本開示のいくつかの態様による時間領域光電脈波（ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈ：ＰＰＧ）信号とその周波数スペクトルとの一例を示す図。
【図８】本開示のいくつかの態様による時間領域心電図（ＥＣＧ）信号とその周波数スペクトルとの一例を示す図。
【図９】本開示のいくつかの態様によるＰＰＧ信号の周波数スペクトルの別の例を示す図。
【図１０】本開示のいくつかの態様によるＰＰＧ信号とガボール空間におけるＰＰＧ信号の変換との一例を示す図。
【図１１】本開示のいくつかの態様による、異なるアンダーサンプリング比（ｕｎｄｅｒ−ｓａｍｐｌｉｎｇ ｒａｔｉｏ：ＵＳＲ）を使用して得られる再構成された信号の比較を示す図。
【図１２】本開示のいくつかの態様による、異なるＵＳＲに関する圧縮感知（ＣＳ）フレームワークに基づく心拍数（ｈｅａｒｔ ｒａｔｅ：ＨＲ）推定の比較を示す図。
【図１３】本開示のいくつかの態様による、異なるＵＳＲに関するＣＳフレームワークに基づくＰＰＧ信号再構成の比較を示す図。
【図１４】本開示のいくつかの態様による、ＥＣＧおよびＰＰＧ信号ピークに基づくパルス到達時刻（ｐｕｌｓｅ ａｒｒｉｖａｌ ｔｉｍｅ：ＰＡＴ）とＨＲとの例示的な測定を示す図。
【図１５】本開示のいくつかの態様による、収縮期血圧（ｓｙｓｔｏｌｉｃ ｂｌｏｏｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ：ＳＢＰ）推定誤差および拡張期血圧（ｄｉａｓｔｏｌｉｃ ｂｌｏｏｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ：ＤＢＰ）推定誤差についての標準偏差を示す図。
【図１６】本開示のいくつかの態様による、ＣＳベースのパケットロス補償（ｐａｃｋｅｔ ｌｏｓｓ ｃｏｎｃｅａｌｍｅｎｔ：ＰＬＣ）方法の例示的な動作を示す図。
【図１６Ａ】図１６に示す動作を実行することが可能な例示的な構成要素を示す図。
【図１７】本開示のいくつかの態様による、例示的なＥＣＧ信号と、ガボール空間におけるＥＣＧ信号の変換と、ＥＣＧ信号のプリコードされたバージョンとを示す図。
【図１８】本開示のいくつかの態様による、インターリービングベースのＣＳ−ＰＬＣ方法の例示的な動作を示す図。
【図１８Ａ】図１８に示す動作を実行することが可能な例示的な構成要素を示す図。
【図１９】本開示のいくつかの態様による、異なる数の送信されたパケットに関するＣＳ−ＰＬＣの例示的な２乗平均誤差（ｒｏｏｔ−ｍｅａｎ−ｓｑｕａｒｅ−ｅｒｒｏｒ：ＲＭＳＥ）パフォーマンスのグラフを示す図。
【図２０】本開示のいくつかの態様による、ＣＳ−ＰＬＣ手法とＰＬＣなしの方式とを使用した信号再構成の一例を示す図。
【図２１】本開示のいくつかの態様による、様々なＰＬＣ方式に関する例示的な正規化ＲＭＳＥパフォーマンスのグラフを示す図。
【図２２】本開示のいくつかの態様による、様々なＰＬＣ方式に関する心拍検出パフォーマンス比較を示す図。
【図２３】本開示のいくつかの態様による、ＣＳ−ＰＬＣ方式を使用して復元されたオーディオ信号の一例を示す図。
【図２４】本開示のいくつかの態様による、ＣＳ−ＰＬＣ方式を使用して復元されたオーディオ信号の別の例を示す図。
【図２５】本開示のいくつかの態様による、アンダーサンプリングされた収集と再構成とのための例示的な動作を示す図。
【図２５Ａ】図２５に示す動作を実行することが可能な例示的な構成要素を示す図。
【図２６】本開示のいくつかの態様によるセンサおよび再構成器の例示的なブロック図。
【図２７】本開示のいくつかの態様による、非一様サンプリングインスタンスにおいて感知された信号の一例を示す図。
【図２８】本開示のいくつかの態様による、センサにおいてソースを作動および停止させるための例示的な動作を示す図。
【図２８Ａ】図２８に示す動作を実行することが可能な例示的な構成要素を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
添付の図面を参照しながら本開示の様々な態様について以下でより十分に説明する。ただし、本開示は、多くの異なる形態で実施できるものであり、本開示全体にわたって提示する任意の特定の構造または機能に限定されるものと解釈すべきではない。むしろ、これらの態様は、本開示が周到で完全になり、本開示の範囲を当業者に十分に伝えるために与えるものである。本明細書の教示に基づいて、本開示の範囲は、本開示の他の態様とは無関係に実装されるにせよ、本開示の他の態様と組み合わせて実装されるにせよ、本明細書で開示する本開示のいかなる態様をもカバーするものであることを、当業者なら諒解されたい。たとえば、本明細書に記載の態様をいくつ使用しても、装置を実装し、または方法を実施することができる。さらに、本開示の範囲は、本明細書に記載の本開示の様々な態様に加えてまたはそれらの態様以外に、他の構造、機能、または構造および機能を使用して実施されるそのような装置またはそのような方法をカバーするものとする。本明細書で開示する本開示の任意の態様が請求項の１つまたはそれより多い要素によって実施できることを理解されたい。
【００２９】
「例示的（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」という単語は、本明細書では「例（ｅｘａｍｐｌｅ）、事例（ｉｎｓｔａｎｃｅ）、または例示（ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ）の働きをすること」を意味するために使用する。「例示的」として本明細書で説明するいかなる態様も、必ずしも他の態様よりも好適または有利なものと解釈すべきではない。
【００３０】
本明細書では特定の態様について説明するが、これらの態様の多くの変形体および置換は本開示の範囲内に入る。好ましい態様のいくつかの利益および利点について説明するが、本開示の範囲は特定の利益、使用、または目的に限定されるものではない。むしろ、本開示の態様は、様々なワイヤレス技術、システム構成、ネットワーク、および送信プロトコルに広く適用可能であるものとし、そのうちのいくつかを例として図および好ましい態様についての以下の説明で示す。発明を実施するための形態および図面は、限定的なものではなく本開示を説明するものにすぎず、本開示の範囲は添付の特許請求の範囲およびその均等物によって規定される。
【００３１】
例示的なワイヤレス通信システム
本明細書で説明する技法は、直交多重化方式およびシングルキャリア送信に基づく通信システムを含む、様々なブロードバンドワイヤレス通信システムに使用できる。そのような通信システムの例には、直交周波数分割多元接続（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：ＯＦＤＭＡ）システム、シングルキャリア周波数分割多元接続（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｃａｒｒｉｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：ＳＣ−ＦＤＭＡ）システム、符号分割多元接続（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：ＣＤＭＡ）などがある。ＯＦＤＭＡシステムは、全システム帯域幅を複数の直交サブキャリアに区分する変調技法である、直交周波数分割多重（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ）を利用する。これらのサブキャリアは、トーン、ビンなどと呼ばれることもある。ＯＦＤＭでは、各サブキャリアはデータで独立して変調できる。ＳＣ−ＦＤＭＡシステムは、システム帯域幅にわたって分散されたサブキャリア上で送信するためのインターリーブされたＦＤＭＡ（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ ＦＤＭＡ：ＩＦＤＭＡ）、隣接するサブキャリアのブロック上で送信するための局所ＦＤＭＡ（ｌｏｃａｌｉｚｅｄ ＦＤＭＡ：ＬＦＤＭＡ）、または隣接するサブキャリアの複数のブロック上で送信するための拡張ＦＤＭＡ（ｅｎｈａｎｃｅｄ ＦＤＭＡ：ＥＦＤＭＡ）を利用することができる。一般に、変調シンボルは、ＯＦＤＭでは周波数領域で、ＳＣ−ＦＤＭＡでは時間領域で送信される。ＣＤＭＡシステムは、各送信機（すなわち、ユーザ）が、複数のユーザが同じ物理チャネルを介して多重化されることを可能にするための符号を割り当てられる、スペクトラム拡散技術および符号化方式を利用することができる。
【００３２】
直交多重化方式に基づく通信システムの１つの具体的な例はＷｉＭＡＸシステムである。マイクロウェーブアクセスのためのワールドワイド・インターオペラビリティ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ）を表すＷｉＭＡＸは、長距離にわたる高いスループットブロードバンド接続を与える、規格ベースのブロードバンドワイヤレス技術である。現在、ＷｉＭＡＸの２つの主要な適用例、すなわち固定ＷｉＭＡＸとモバイルＷｉＭＡＸとがある。固定ＷｉＭＡＸ適用例は、たとえば、家庭および企業でのブロードバンドアクセスを可能にするポイントツーマルチポイントである。モバイルＷｉＭＡＸは、ブロードバンド速度でのセルラーネットワークのフルモビリティを提供する。
【００３３】
ＩＥＥＥ８０２．１６ｘは、固定およびモバイルブロードバンドワイヤレスアクセス（ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ａｃｃｅｓｓ：ＢＷＡ）システムのためのエアインターフェースを定義する新興の規格組織である。ＩＥＥＥ８０２．１６ｘは、２００４年５月に固定ＢＷＡシステムのための「ＩＥＥＥＰ８０２．１６ｄ／Ｄ５−２００４」を承認し、２００５年１０月にモバイルＢＷＡシステムのための「ＩＥＥＥＰ８０２．１６ｅ／Ｄ１２．Ｏｃｔ．２００５」を公開した。現在、ＩＥＥＥ８０２．１６の最新バージョンである、「ＩＥＥＥＰ８０２．１６Ｒｅｖ２／Ｄ８ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００８」、ドラフト規格が、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅからの資料および訂正を統合している。それらの規格は、４つの異なる物理層（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｌａｙｅｒ：ＰＨＹ）および１つの媒体アクセス制御（ｍｅｄｉｕｍ ａｃｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ：ＭＡＣ）層を定義する。４つの物理層のうちのＯＦＤＭおよびＯＦＤＭＡ物理層は、それぞれ固定およびモバイルＢＷＡ領域において最も一般的である。
【００３４】
本明細書の教示は、様々なワイヤードまたはワイヤレス装置（たとえば、ノード）に組み込む（たとえば、その装置内に実装する、またはその装置によって実行する）ことができる。いくつかの態様では、本明細書の教示に従って実装されるノードはアクセスポイントまたはアクセス端末を備えることができる。
【００３５】
アクセスポイント（「ａｃｅｓｓ ｐｏｉｎｔ：ＡＰ」）は、ノードＢ、無線ネットワークコントローラ（「Ｒａｄｉｏ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：ＲＮＣ」）、ｅノードＢ、基地局コントローラ（「Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：ＢＳＣ」）、ベーストランシーバ局（「Ｂａｓｅ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ：ＢＴＳ」）、基地局（「Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ：ＢＳ」）、トランシーバ機能（「Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：ＴＦ」）、無線ルータ、無線トランシーバ、基本サービスセット（「Ｂａｓｉｃ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ：ＢＳＳ」）、拡張サービスセット（「Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ：ＥＳＳ」）、無線基地局（「Ｒａｄｉｏ Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ：ＲＢＳ」）、または何らかの他の用語を備えるか、それらのいずれかとして実装されるか、あるいはそれらのいずれかとして知られていることがある。
【００３６】
アクセス端末（「ａｃｃｅｓｓ ｔｅｒｍｉｎａｌ：ＡＴ」）は、アクセス端末、加入者局、加入者ユニット、移動局、リモート局、リモート端末、ユーザ端末、ユーザエージェント、ユーザデバイス、ユーザ機器、または何らかの他の用語を備えるか、それらのいずれかとして実装されるか、あるいはそれらのいずれかとして知られていることがある。いくつかの実装形態では、アクセス端末は、セルラー電話、コードレス電話、セッション開始プロトコル（「Ｓｅｓｓｉｏｎ Ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ：ＳＩＰ」）電話、ワイヤレスローカルループ（「ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｌｏｃａｌ ｌｏｏｐ：ＷＬＬ」）局、携帯情報端末（「ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｔ：ＰＤＡ」）、ワイヤレス接続機能を有するハンドヘルドデバイス、またはワイヤレスモデムに接続された何らかの他の好適な処理デバイスを備えることができる。したがって、本明細書で教示する１つまたはそれより多い態様は、電話（たとえば、セルラー電話またはスマートフォン）、コンピュータ（たとえば、ラップトップ）、ポータブル通信デバイス、ポータブルコンピューティングデバイス（たとえば、個人情報端末）、娯楽デバイス（たとえば、音楽またはビデオデバイス、あるいは衛星ラジオ）、全地球測位システムデバイス、あるいはワイヤレスまたはワイヤード媒体を介して通信するように構成された他の好適なデバイスに組み込むことができる。いくつかの態様では、ノードはワイヤレスノードである。たとえば、そのようなワイヤレスノードは、ワイヤードまたはワイヤレス通信リンクを介した、ネットワーク（たとえば、インターネットまたはセルラーネットワークなど、ワイドエリアネットワーク）のための、またはネットワークへの接続性を与えることができる。
【００３７】
図１に、本開示の態様が採用できるワイヤレス通信システム１００の例を示す。ワイヤレス通信システム１００は、ブロードバンドワイヤレス通信システムとすることができる。ワイヤレス通信システム１００は、いくつかのセル１０２に通信を与えることができ、各セルは基地局１０４によってサービスされる。基地局１０４は、ユーザ端末１０６と通信する固定局とすることができる。基地局１０４は、代替的に、アクセスポイント、ノードＢまたは何らかの他の用語で呼ばれることもある。
【００３８】
図１は、システム１００全体に散在する様々なユーザ端末１０６を示す。ユーザ端末１０６は固定（すなわち、静止）でも移動でもよい。ユーザ端末１０６は、代替的に、リモート局、アクセス端末、端末、加入者ユニット、移動局、局、ユーザ機器などと呼ばれることもある。ユーザ端末１０６は、セルラー電話、携帯情報端末（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｔ：ＰＤＡ）、ハンドヘルドデバイス、ワイヤレスモデム、ラップトップコンピュータ、パーソナルコンピュータなど、ワイヤレスデバイスとすることができる。
【００３９】
様々なアルゴリズムおよび方法を、基地局１０４とユーザ端末１０６との間の、ワイヤレス通信システム１００における送信のために使用することができる。たとえば、ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡ技法に従って、基地局１０４とユーザ端末１０６との間で信号を送信および受信することができる。この場合には、ワイヤレス通信システム１００をＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡシステムと呼ぶことができる。代替的に、ＣＤＭＡ技法に従って、基地局１０４とユーザ端末１０６との間で信号を送信および受信することができる。この場合には、ワイヤレス通信システム１００をＣＤＭＡシステムと呼ぶことができる。
【００４０】
基地局１０４からユーザ端末１０６への送信を可能にする通信リンクをダウンリンク（ｄｏｗｎｌｉｎｋ：ＤＬ）１０８と呼び、ユーザ端末１０６から基地局１０４への送信を可能にする通信リンクをアップリンク（ｕｐｌｉｎｋ：ＵＬ）１１０と呼ぶことができる。代替的に、ダウンリンク１０８を順方向リンクまたは順方向チャネルと呼び、アップリンク１１０を逆方向リンクまたは逆方向チャネルと呼ぶことができる。
【００４１】
セル１０２は複数のセクタ１１２に分割できる。セクタ１１２は、セル１０２内の物理的カバレージエリアである。ワイヤレス通信システム１００内の基地局１０４は、セル１０２の特定のセクタ１１２内の電力の流れを集中させるアンテナを利用することができる。そのようなアンテナを指向性アンテナと呼ぶことができる。
【００４２】
図２に、ワイヤレス通信システム１００内で採用できるワイヤレスデバイス２０２において利用できる様々な構成要素を示す。ワイヤレスデバイス２０２は、本明細書で説明する様々な方法を実装するように構成できるデバイスの一例である。ワイヤレスデバイス２０２は基地局１０４またはユーザ端末１０６とすることができる。
【００４３】
ワイヤレスデバイス２０２は、ワイヤレスデバイス２０２の動作を制御するプロセッサ２０４を含むことができる。プロセッサ２０４は中央処理装置（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）と呼ばれることもある。読取り専用メモリ（ＲＯＭ）とランダムアクセスメモリ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ：ＲＡＭ）の両方を含むことができるメモリ２０６は、命令とデータとをプロセッサ２０４に与える。メモリ２０６の一部は不揮発性ランダムアクセスメモリ（ｎｏｎ−ｖｏｌａｔｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ：ＮＶＲＡＭ）をも含むことができる。プロセッサ２０４は、一般に、メモリ２０６内に記憶されたプログラム命令に基づいて、論理および演算動作を実行する。メモリ２０６中の命令は、本明細書で説明する方法を実装するように実行可能であることがある。
【００４４】
ワイヤレスデバイス２０２は、ワイヤレスデバイス２０２と遠隔地との間のデータの送信および受信を可能にするために送信機２１０と受信機２１２とを含むことができるハウジング２０８をも含むことができる。送信機２１０と受信機２１２とを組み合わせてトランシーバ２１４を形成することができる。アンテナ２１６は、ハウジング２０８に取り付け、トランシーバ２１４に電気的に結合することができる。ワイヤレスデバイス２０２は、複数の送信機、複数の受信機、複数のトランシーバ、および／または複数のアンテナ（図示せず）をも含むことができる。
【００４５】
ワイヤレスデバイス２０２は、トランシーバ２１４によって受信された信号のレベルを検出および定量化するために使用できる信号検出器２１８をも含むことができる。信号検出器２１８は、総エネルギー、シンボルごとのサブキャリア当たりのエネルギー、電力スペクトル密度および他の信号などの信号を検出することができる。ワイヤレスデバイス２０２は、信号を処理する際に使用するためのデジタル信号プロセッサ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ：ＤＳＰ）２２０をも含むことができる。
【００４６】
ワイヤレスデバイス２０２の様々な構成要素は、データバスに加えて、電力バス、制御信号バス、およびステータス信号バスを含むことができるバスシステム２２２によって互いに結合できる。
【００４７】
図３に、ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡを利用するワイヤレス通信システム１００内で使用できる送信機３０２の一例を示す。送信機３０２の部分は、ワイヤレスデバイス２０２の送信機２１０中に実装され得る。送信機３０２は、ダウンリンク１０８上でデータ３０６をユーザ端末１０６に送信するために基地局１０４中に実装され得る。送信機３０２は、アップリンク１１０上でデータ３０６を基地局１０４に送信するためにユーザ端末１０６中にも実装され得る。
【００４８】
送信されるデータ３０６は、直並列（ｓｅｒｉａｌ−ｔｏ−ｐａｒａｌｌｅｌ：Ｓ／Ｐ）変換器３０８に入力として供給されるものとして示してある。Ｓ／Ｐ変換器３０８はその送信データをＭ個の並列データストリーム３１０に分割する。
【００４９】
次いで、Ｎ個の並列データストリーム３１０はマッパー３１２に入力として供給される。マッパー３１２は、Ｎ個の並列データストリーム３１０をＮ個のコンスタレーションポイントにマッピングする。マッピングは、２位相シフトキーイング（ｂｉｎａｒｙ ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ：ＢＰＳＫ）、４位相シフトキーイング（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ：ＱＰＳＫ）、８位相シフトキーイング（８ ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ：８ＰＳＫ）、直交振幅変調（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＱＡＭ）など、何らかの変調コンスタレーションを使用して行われる。したがって、マッパー３１２は、それぞれ逆高速フーリエ変換（ｉｎｖｅｒｓｅ ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＩＦＦＴ）３２０のＮ個の直交サブキャリアのうちの１つに対応する、Ｎ個の並列シンボルストリーム３１６を出力する。これらのＮ個の並列シンボルストリーム３１６は、周波数領域において表されて、ＩＦＦＴ構成要素３２０によってＮ個の並列時間領域サンプルストリーム３１８に変換される。
【００５０】
次に、用語に関する簡単な注釈を与える。周波数領域におけるＮ個の並列変調は、周波数領域におけるＮ個の変調シンボルに等しく、これは、周波数領域におけるＮマッピングおよびＮポイントＩＦＦＴに等しく、これは、時間領域における１つの（有用な）ＯＦＤＭシンボルに等しく、これは、時間領域におけるＮ個のサンプルに等しい。時間領域における１つのＯＦＤＭシンボル、ＮSは、ＮCP（ＯＦＤＭシンボル当たりの巡回プレフィックス（ＣＰ）サンプル数）＋Ｎ（ＯＦＤＭシンボル当たりの有用なサンプル数）に等しい。
【００５１】
Ｎ個の並列時間領域サンプルストリーム３１８は、並直列（ｐａｒａｌｌｅｌ−ｔｏ−ｓｅｒｉａｌ：Ｐ／Ｓ）変換器３２４によって、ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡシンボルストリーム３２２に変換される。巡回プレフィックス挿入構成要素３２６は、ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡシンボルストリーム３２２中の連続したＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡシンボル間にＣＰを挿入する。次いで、ＣＰ挿入構成要素３２６の出力は、無線周波数（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）フロントエンド３２８によって、所望の送信周波数帯域にアップコンバートされる。次いで、アンテナ３３０は、得られた信号３３２を送信する。
【００５２】
図３に、ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡを利用するワイヤレスデバイス２０２内で使用できる受信機３０４の一例をも示す。受信機３０４の部分は、ワイヤレスデバイス２０２の受信機２１２中に実装され得る。受信機３０４は、ダウンリンク１０８上で基地局１０４からデータ３０６を受信するためにユーザ端末１０６中に実装され得る。受信機３０４は、アップリンク１１０上でユーザ端末１０６からデータ３０６を受信するために基地局１０４中にも実装され得る。
【００５３】
送信された信号３３２は、ワイヤレスチャネル３３４上を移動するものとして示してある。信号３３２’がアンテナ３３０’によって受信されると、受信された信号３３２’はＲＦフロントエンド３２８’によってベースバンド信号にダウンコンバートされる。次いで、ＣＰ除去構成要素３２６’は、ＣＰ挿入構成要素３２６によってＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡシンボル間に挿入されたＣＰを除去する。
【００５４】
ＣＰ除去構成要素３２６’の出力はＳ／Ｐ変換器３２４’に供給される。Ｓ／Ｐ変換器３２４’は、ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡシンボルストリーム３２２’を、それぞれＮ個の直交サブキャリアのうちの１つに対応するＮ個の並列時間領域シンボルストリーム３１８’に分割する。高速フーリエ変換（ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＦＦＴ）構成要素３２０’は、Ｎ個の並列時間領域シンボルストリーム３１８’を周波数領域に変換し、Ｎ個の並列周波数領域シンボルストリーム３１６’を出力する。
【００５５】
デマッパー３１２’は、マッパー３１２によって実行されたシンボルマッピング動作の逆を実行し、それによって、Ｎ個の並列データストリーム３１０’を出力する。Ｐ／Ｓ変換器３０８’は、Ｎ個の並列データストリーム３１０’を単一のデータストリーム３０６’に合成する。理想的には、このデータストリーム３０６’は、送信機３０２に入力として供給されたデータ３０６に対応する。要素３０８’、３１０’、３１２’、３１６’、３２０’、３１８’および３２４’がすべてベースバンドプロセッサ３４０’中で発見されることがあることに留意されたい。
【００５６】
ボディエリアネットワークの概念
図４に、図１に示すワイヤレスシステム１００に対応し得るボディエリアネットワーク（ＢＡＮ）４００の一例を示す。ボディエリアネットワークは、慢性疾患に対する薬剤の効果などを診断目的で常時監視することなど、ヘルスケア適用例のための有望な概念を表す。
【００５７】
ＢＡＮは、いくつかの収集回路からなることができる。各収集回路は、１つまたはそれより多いバイタルサインを感知し、そのバイタルサインをモバイルハンドセット、ワイヤレスウォッチ、または個人情報端末（ＰＤＡ）などのアグリゲータ（すなわち、アクセス端末）に通信する、ワイヤレスセンサを備えることができる。様々な生物医学信号を収集し、それらの信号をワイヤレスチャネルを介してアグリゲータ４１０に送信するセンサ４０２、４０４、４０６、および４０８は、アクセスポイント１０４と同じ機能を有し得る。図５に、ＢＡＮ４００内のセンサ４０２〜４０８に対応し得る生物医学センサ５１０ａ〜５１０ｋのアレイの詳細ブロック図を示す。各センサ５１０ａ〜５１０ｋは、図２からの送信機２１０および図３からの送信機３０２の一例であり得る。
【００５８】
図４に示すアグリゲータ４１０は、センサ４０２〜４０８からワイヤレスチャネルを介して送信された様々な生物医学信号を受信し、処理することができる。アグリゲータ４１０は、モバイルハンドセットまたはＰＤＡとすることができ、図１からのモバイルデバイス１０６と同じ機能を有し得る。図６に、ＢＡＮ４００内のアグリゲータ４１０に対応し得るアグリゲータ６１０の詳細ブロック図を示す。アグリゲータ６１０は、図２からの受信機２１２および図３からの受信機３０４の一例であり得る。
【００５９】
ＢＡＮにおいて使用されるセンサは、非侵入型で長持ちすることが望ましい。本開示では、センサ信号処理のための圧縮感知（ＣＳ）技法の利益を示すために、光電脈波（ＰＰＧ）および心電図（ＥＣＧ）信号について考慮する。ＰＰＧ、ＥＣＧおよびアクティビティ感知は、人口の大きいセグメントにおける大部分の慢性疾患をカバーし、したがって、ＢＡＮにおけるワイヤレス技術と、ワイヤレスエリアネットワーク（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ：ＷＡＮ）接続性をもつモバイルデバイスとに大きな機会を与える。
【００６０】
パルスオキシメータセンサは、肺および呼吸を含む肺系の重要なインジケータである、血中酸素濃度（ＳpＯ2とも呼ばれる）の常時監視を可能にし得るＰＰＧ波形を生成することができる。血液は、体細胞の生存、適切な機能を確実にし、細胞の老廃物を除去するために、酸素、栄養分および化学物質を体細胞に運ぶ。ＳpＯ2は、診断、手術、長期監視などのための臨床的状況において広範囲にわたって使用される。図７に、時間領域ＰＰＧ信号とその周波数スペクトルとの一例を示す。
【００６１】
ＥＣＧは、心臓血管系を評価するための別の重要なバイタルサインである。心臓は、毎分約６リットルの血液を人間の体にわたって送る、最もよく働く身体部位のうちの１つである。各心臓周期中に生成された電気信号は、ＥＣＧを形成し、Ａｇ／ＡｇＣｌ電極センサによって容易にキャプチャできる。ＥＣＧは、心臓関連の問題を診断するための臨床的状況において日常的に使用でき、ＥＣＧの常時監視は、多くの慢性症状の早期診断を可能にし得る。図８に、時間領域ＥＣＧ信号とその周波数スペクトルとの一例を示す。
【００６２】
血圧（ＢＰ）は、非常に大きい臨床的価値がある別のバイタルサインである。ＥＣＧおよびＰＰＧ信号を使用して、収縮期血圧（ＳＢＰ）および拡張期血圧（ＤＢＰ）を推定することができる。
【００６３】
提案する方法の概観
本開示のいくつかの態様は、パルスオキシメータセンサの電力消費量を低減するための方法に関する。商用パルスオキシメータは、一般に、２０〜６０ｍＷのオーダーの電力を消費することがある。赤色および赤外線の発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）が、この電力の大部分を占める。ＰＰＧセンサの電力効率の良い設計により、電力消費量を１．５ｍＷまで低下させ得る。所与の一様サンプリングレートに対して、ＬＥＤ点灯に関連するデューティサイクルが低減され得る。他の最適化のうち、高速検出器およびより高いクロック周波数が使用されることがある。したがって、ＬＥＤは、Ｔ・ｆs持続時間の間、オンに切り替えられ得、ｆsとＴは、それぞれ、サンプリングレートと、各サンプルを収集するために必要とされる点灯の持続時間とを表す。
【００６４】
ＰＰＧ信号は、スペクトル領域においてスパースであり、したがって圧縮可能であることがある。これにより、ＰＰＧ信号を収集するために圧縮感知（ＣＳ）フレームワークの使用が可能になることがある。ＰＰＧ信号は、非一様（すなわち、ランダム）時間間隔で、ただし平均サンプリングレートＦsを用いて、サンプリングされ得る。ＣＳ手法では、サンプリングレートＦsは、一様サンプリングレートｆsよりもはるかに小さいものとすることができる。ファクタｆs／Ｆsは、アンダーサンプリング比（ＵＳＲ）と呼ばれることがある。このサンプリング手法により、Ｔ・ｆsではなくＴ・ｆs／ＵＳＲ持続時間の間のみＬＥＤを点灯することができるので、ＰＰＧ収集のために使用されるパルスオキシメータセンサの電力消費量を（すなわち、約ＵＳＲ分の１に）低減することができることに留意されたい。
【００６５】
ｆs／ＵＳＲでの低域フィルタ処理およびサンプリングと比較して、ＣＳベースの手法の利益は、ｆs／ＵＳＲを上回る信号成分が失われないことがあることである。同様に、高いＵＳＲを用いて、より高い周波数における狭帯域信号を収集することもできる。図９に、ｆs＝１２５ＨｚでサンプリングされたＰＰＧ信号の例示的なスペクトルを示す。低域フィルタのみがＰＰＧ信号に適用され、ＵＳＲが４０の場合にｆs／４０＝３．１２５Ｈｚでサンプリングされると、かなりのスペクトル成分が失われ得ることが観測され得る。
【００６６】
ＣＳフレームワークを利用することの別の利益は、測定が、従来のナイキストレートサンプリングの場合のフーリエ空間を含む、再構成において使用される変換空間とは無関係であり得ることである。ＣＳ測定フレームワークは、センサ側ではかなりの節電につながるが、受信機においてはＰＰＧ信号の近似値を再構成するための計算オーバーヘッドが増加することがある。
【００６７】
また、必要とされる計算はモバイルハンドセットまたはＰＤＡ上でホストされ得るので、所与のタスクに対する受信機複雑さを評価することは興味深い。たとえば、心拍数（ＨＲ）推定タスクはＣＳサンプルからＰＰＧ信号の中間表現を必要としないことがあり、したがってＰＰＧ信号再構成およびＨＲ推定などのタスクに対する後処理複雑さは異なることがある。
【００６８】
ＵＳＲの異なる値を用いたＣＳフレームワークにおいてＨＲおよびＢＰ推定精度が損なわれないことがあることを示すために、集中治療のためのマルチパラメータ知的監視（Ｍｕｌｔｉ−ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｆｏｒ ｉｎｔｅｎｓｉｖｅ ｃａｒｅ：ＭＩＭＩＣ）データベースを使用することができる。ＭＩＭＩＣデータベースは、数人の血行力学的に不安定な対象者（すなわち、観測の所与の期間中にＥＣＧ、ＰＰＧおよびＢＰパターンが変化することがある対象者）からの、２４時間超にわたるＥＣＧ、ＰＰＧおよびＢＰの同時記録からなる。
【００６９】
本開示のいくつかの態様は、信号の送信中のパケットロス緩和のためにＣＳフレームワークを利用することをサポートする。これは、受信機がスパース表現から信号を再構成する能力を備え得るので可能であり得る。感知モジュールからアグリゲータへの生物医学信号のワイヤレストランスポートについて考える。たとえば、ランダム射影（たとえば、ラデマッハー（Ｒａｄｅｍａｃｈｅｒ）パターン）を使用して未加工ＥＣＧデータを符号化し、得られたランダム係数を無線での送信のためにパケット化することがある。
【００７０】
符号化されたＥＣＧ信号のスパースな性質により、これらのランダム係数のサブセットを使用して再構成を実行することが可能になることがあり、サブセット濃度はスパーシティ情報に依存することがある。これは、チャネル誤差によるいくつかのパケットのロスにもかかわらず、受信機においてＥＣＧ信号が依然として再構成でき、ＨＲ推定が実行できることを示唆する。この手法の利益は、再送信が必要とされないことがあるので、待ち時間が少なくなり、センサにおけるプロトコルスタックがより単純になることである。別の顕著な特徴は、チャネル状態に従ってランダム射影の数（すなわち、圧縮感知帯域幅）を適合させることができることであり得る。
【００７１】
圧縮感知ベースの収集および再構成
図２６に、生物医学信号の感知および再構成のための例示的なブロック図を示す。ＰＰＧ信号などの生物医学信号を収集するためのセンサ２６０２は、３つの主要な構成要素、すなわち、ＬＥＤ２６０６と、光検出器２６１０と、それぞれＬＥＤのための点灯シーケンス２６０４および光検出器のためのサンプリングシーケンス２６１２とを備えることができる。ＬＥＤ２６０６は、スペクトルの赤色および赤外線部分をも備える、６００ｎｍと１０００ｎｍとの間の波長をもつ光を発し得る。ＬＥＤ２６０６からの光は、組織２６０８（たとえば、図２６に示すように、人間の指または耳）から送信／反射され、光検出器２６１０上で収集され得る。光検出器において測定されたＬＥＤに対応する平均強度の比は、血液中の酸素含有量（ＳpＯ2）を判断する際に有用であることがある。したがって、ＳpＯ2は、ＰＰＧ信号の平均（ＤＣ成分）の関数であることがある。
【００７２】
点灯シーケンス２６０４およびサンプリングシーケンス２６１２は、定義されたアンダーサンプリング比（ＵＳＲ）２６１６に従ってシード生成器２６１４によって生成されるランダムシードを使用して得られ得る。光検出器２６１０からのサンプリングされたデータ２６１８は、送信の前に、媒体アクセス制御／物理層（ＭＡＣ／ＰＨＹ）処理２６２０のために送信され得る。次いで、処理されたサンプルは、パケット化され、１つまたはそれより多いアンテナ２６２２によって送信され得る。
【００７３】
受信機側において、図２６に示すように、送信されたサンプルは、１つまたはそれより多いアンテナ２６２４において受信され、ＭＡＣ／ＰＨＹブロック２６２６によって処理され得る。次いで、そのデータは、当初感知された生物医学信号を得るために再構成器２６２８に受け渡され得る。正確な再構成のために、サンプリングシーケンス２６３２を生成するランダムシード生成器２６３０は、センサのランダムシード生成器２６１４と同期させる必要があることがある。
【００７４】
本開示の一態様では、たとえば、ｌ1ノルムの修正されたガボールスパーシティ基底正則化ベクトル２６３８を使用することによって、勾配ベースのスパース再構成２６３６が、サンプリングされたデータ２６３４に対して適用され得る。次いで、推定された信号２６４０が、たとえば、血圧推定値、血液中の酸素のレベル、および心拍数を得るために、タスク固有の処理のためのユニット２６４２によって利用され得る。実際の信号２６４４は、サンプリングインスタンスを生成するために利用されるＵＳＲを更新するために、ユニット２６４８によってターゲット信号２６４６と比較され得る。ユニット２６５０の出力において更新されたＵＳＲ値２６５２が、ランダムシード生成器２６３０によって使用され得、また、センサのＵＳＲ２６１６を適合させるためにセンサにフィードバックされ得る。ＵＳＲの他に、センサにおける測定の数、測定行列の係数、信号の送信されたサンプル数、および各送信されたパケット中のサンプル数など、何らかの他のパラメータを適合させるために、追加のフィードバック情報がセンサに送信されることもある。
【００７５】
（赤色ＬＥＤまたは赤外線ＬＥＤのいずれかに関連する）ＰＰＧ波形における変調は、瞬時血流量に関係し得る。波形ピーク間の距離の逆数として瞬時心拍数（ＨＲ）が推定され得る。ＬＥＤのための点灯シーケンスは、ＰＰＧ信号のための所望のサンプリングレートに依存し得る。それは一様ナイキストサンプリングレートと仮定され得る。また、ＬＥＤの頻繁な点灯はパルスオキシメータセンサのかなりの電力消費量を生じることがあることに留意されたい。
【００７６】
本開示のいくつかの態様は、ＰＰＧ信号のスパースな性質を利用することと、センサ電力を節約するためにより少数の測定を行うこととをサポートする。様々なスケールでガウス窓関数によって制限された時間サポートを用いた様々な余弦波からなる変換空間として、ガボール基底が採用され得る。
【００７７】
元のサンプリングされたＰＰＧ信号をＮ次元ベクトルｘによって示し、スパース領域変換基底をＮ×Ｎ行列Ｗによって表す。行列Ｗの（ｉ，ｊ）エントリは次のように与えられ得る。
【数１】
【００７８】
式（１）からの項ｗは、ガボール基底においてガウスカーネルの幅に関連付けられ得る。行列Ｗの各行は、対応するｌ2ノルムが１に等しくなるように正規化され得、行列Ｗはスパース基底と呼ばれることがある。ＰＰＧ信号ｘをそのスパース基底上に射影して、ガボール変換空間において対応するＮ次元表現を生成することができ、それは次のように与えられ得る。
【数２】
【００７９】
図１０に、本開示のいくつかの態様による、ＰＰＧ信号と、ガボール変換空間における対応する表現ｙとの短いセグメントの一例を示す。図１０は、１２５Ｈｚでサンプリングされた８秒セグメント（すなわち、合計Ｎ＝１０００サンプル）を示している。信号ｘは変換領域においてスパースで圧縮可能であり得、絶対的な大きさに関して０．２よりも大きい約３０個の係数があることが観測され得る。これは、そのＰＰＧ信号特性の大部分が、Ｎと比較してはるかに低い次元の空間にあり得、したがって、そのＰＰＧ信号は圧縮可能であり得ることを示す。
【００８０】
したがって、ＣＳ原理を利用できるので、Ｋ≪Ｎ測定を行い（すなわち、元のデータを高度にアンダーサンプリングし）、依然として、高忠実度でｘを推定することが可能である。信号ｘが明示的にスパースであり、Ｍ非ゼロ要素のみが変換空間にある場合、ｘからＫ≧Ｍ ｌｏｇ Ｎ／Ｍ個のサンプルをランダムに選択することにより、ゼロ誤差での信号再構成を可能にする高い確率で、十分な情報が与えられ得る。
【００８１】
現実の状況では、その信号は決して真にスパースではないことがあり、一部の情報成分が変換空間全体にわたって存在することがある。ただし、ε≪ｍａｘ（ｙ）である、εよりも大きい大きさをもつ有意な成分の数はＮよりもはるかに小さいものであり得る。図１０では、εの値は０．２である。この手法は、ｘが明示的にスパースでない場合に拡張され得、ＣＳパラダイムは依然として有効なままであり得る。ただし、再構成誤差は必ずしもゼロに等しくないことがある。
【００８２】
ｘの感知処理は数学的に表すことができる。Ｐが、（たとえば、ランダムに選択された）一意のエントリを含んでいるＫ次元のベクトルを示し、各要素が１とＮとの間に境界を画定されるものとする。これは、本質的に、ｘから要素を選択するためのＫ個のランダムロケーションを与え得る。ベクトルＰを構成するための乱数生成のためのシードは、センサにおいてまたは受信機において局所的に生成され得る。シードは、通信リンクのセキュリティプロトコルにおいて使用されるキーに基づき得る。ｘから得られた、Ｋ次元の測定ベクトルｒは、次のように書くことができる。
【数３】
【００８３】
上式で、ＨはＫ×Ｎ測定行列を示す。
【００８４】
式（３）からの行列Ｈのｉ番目の行は、Ｐのｉ番目の要素によって与えられるロケーションにおいて１をもつ全零ベクトルであり得る。ＣＳフレームワークでは、その測定行列は、ランダム独立同分布（ｉ．ｉ．ｄ）要素を含んでいる行列として定義され得ることに留意されたい。そのような測定行列は、入力信号が時間領域においてまたは変換領域においてスパースであることがアプリオリに知られていないときに必要であることがある。
【００８５】
測定ベクトルｒからの信号再構成のためにマッチング追跡（ｍａｔｃｉｎｇ ｐｕｒｓｕｉｔ：ＭＰ）アルゴリズムを採用することができる。ＭＰ技法は、局所的に最適な決定を行うことによって信号近似値を反復的に蓄積するグリーディアルゴリズムを表す。ＭＰアルゴリズムの初期化は、Ｖ＝［Ｖ1・・・ＶN］になるように、修正された基底Ｖ＝次元Ｋ×ＮのＨ・Ｗを定義することによって与えられ得、上式で、ＶjはＶのｊ番目の列ベクトルである。その場合、残差はｒ0＝ｒとして初期化され得、近似値
【数４】
【００８６】
はｙ（すなわち、Ｎ）と同じである。また、反復カウンタは、ｉ＝１として初期化され得る。
【００８７】
その後、Ｖ上への残差ｒi-1の内積を最大にする、Ｖからの列ベクトルが発見され得る。
【数５】
【００８８】
次いで、その残差は更新され得、係数ベクトルｙは次のように推定され得る。
【数６】
【００８９】
その後、反復カウンタｉは増分され得、
【数７】
【００９０】
が定義され得る。ｉ＜ｍおよびΔi＞εである場合、式（４）によって定義されたアルゴリズムステップは反復され得る。他の場合、
【数８】
【００９１】
および
【数９】
【００９２】
であり、アルゴリズムは、式（５）および式（６）によって定義されたステップに進み得る。最後に、元の推定値が、
【数１０】
【００９３】
として得られ得る。
【００９４】
項ｍは、再構成のために許可される反復の数に対する上限を表し、項εは収束基準を定義する。ＭＰアルゴリズムの後ろの直観は２つの部分をもつ。各反復ステップにおいて、ＭＰアルゴリズムは、残差ｒと最も強く相関し得るＶの列を発見することを試み、次いで、この列ベクトルの寄与をｒから減算し得る。このアルゴリズムは、各ステップにおいて、射影空間Ｗにおける原信号ｘの最も支配的な成分を推定し得るので、本質的にグリーディである。また、ＭＰアルゴリズムの主要な複雑さは、単一の反復のためにＯ（Ｋ・Ｎ）回の算術演算を要し得る式（４）にあることに留意されたい。
【００９５】
本開示のいくつかの態様は、測定ベクトルｒから再構成された信号を得るために、勾配射影ベースのスパース再構成（ｇｒａｄｉｅｎｔ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｓｐａｒｓｅ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ：ＧＰＳＲ）手法を使用する。この手法は、制約を受けずに、データ忠実度項（すなわち、誤差のｌ2ノルム）と変換空間におけるｌ1ノルム（すなわち、スパーシティの測度）とを一緒に最小限に抑えることによって、原信号ｘを推定し得る。本開示では、重み付けされたｌ1ノルムを使用することによってこの最適化問題を修正することを提案する。再構成アルゴリズムは次のように与えられ得る。
【数１１】
【００９６】
上式で、ｆは、スパーシティの測度（すなわち、ｌ1ノルム）を計算するために変換空間において係数の相対的重要度を与える、Ｎ次元ベクトルである。量τは、コスト関数においてｌ2ノルムとｌ1ノルムとの相対的重みを示す非負パラメータである。項［ｆ］iと［Ｗ・ｘ］iは、それぞれ、ベクトルｆのｉ番目の要素と［Ｗ・ｘ］iのｉ番目の要素とを示す。
【００９７】
ベクトルｆのｉ番目の要素は以下によって与えられ得る。
【数１２】
【００９８】
上式で、σは小さい正則化パラメータである。量
【数１３】
【００９９】
は、原信号ベクトルｘの集合平均を表し、トレーニング例ベクトルを平均化することによって推定され得る。ＭＩＭＩＣデータベースからのセグメントを利用して
【数１４】
【０１００】
を推定することができ、その場合、それは、以下で説明する実験的な検証から除外することができる。
【０１０１】
図２５に、本開示のいくつかの態様による、センサにおけるアンダーサンプリングされた収集と受信機における再構成とのための例示的な動作２５００を示す。図２８に、センサにおいて光源を作動および停止させるための例示的な動作２８００を示す。２５１０において、ランダムシードに従って非一様サンプリングインスタンスをセンサにおいて生成する。２５２０において、複数の非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知する。２８１０において、たとえば、複数の生成された非一様サンプリングインスタンス中に１つまたはそれより多いＬＥＤをオンにすることによってセンサにおいて上記光源を作動させ、２８２０において、複数の非一様サンプリングインスタンス間で上記光源を停止させる。
【０１０２】
次いで、上記信号の感知されたサンプルの少なくとも１つのパケットを得るために、感知されたサンプルをパケット化し、得られた少なくとも１つのパケットをワイヤレスチャネルを介して送信する。２５３０において、再構成器においてセンサから上記信号のサンプルを受信する。２５４０において、センサにおいて前記ランダムシードに従って信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを再構成器において判断する。一態様では、非一様サンプリングシーケンスのためのシードは、センサと再構成器との間の通信リンクのセキュリティプロトコルにおいて使用されるキーに基づいて再構成器において生成され得る。別の態様では、非一様サンプリングシーケンスのためのシードは、センサにおいて判断され、再構成器に（すなわち、受信機に）搬送され得る。さらに別の態様では、非一様サンプリングシーケンスのためのシードは、受信機において判断され、センサに搬送され得る。２５５０において、たとえば、式（７）〜式（８）によって定義された修正されたＧＰＳＲアルゴリズムに従って、判断された非一様サンプリングシーケンスを使用して、受信したサンプルから上記信号を再構成する。
【０１０３】
非一様サンプリングインスタンスは、上記信号の正確な再構成のために、上記信号の受信したサンプルと同期させられ得る。再構成中に観測された情報（たとえば、再構成された信号に関係する係数、送信中に欠落したパケットの数、チャネル信号対雑音比、または変数
【数１５】
【０１０４】
および
【数１６】
【０１０５】
のうちの少なくとも１つ）を利用して、観測された情報をフィードバック機構を介してセンサに搬送することによって、様々なセンサパラメータ（たとえば、ＵＳＲ、測定の数Ｋ、信号の送信されたサンプル数Ｎ、各送信されたパケット中の信号のサンプル数Ｐ、および測定行列Ｈ）を適合させ得る。次いで、非一様サンプリングインスタンスは、受信したフィードバック情報に従ってセンサにおいて適合させられ得る。
【０１０６】
本開示では、ＣＳ手法に基づいて生成されるいくつかの再構成の例を提示する。１２５Ｈｚでサンプリングされた８秒セグメント（すなわち、Ｎ＝１０００サンプル）をＭＩＭＩＣデータベースから選択し得る。ＣＳサンプルの数がＫであり、それによりアンダーサンプリング比（ＵＳＲ）がＮ／Ｋとして定義されることが想起され得る。図１１に、ＭＰ反復の数ｍに対する上限が５００に等しく、ＵＳＲが１０、２０および３０の場合に得られるＣＳ−ＰＰＧ信号再構成の一例を示す。曲線１１１０は、一様にサンプリングされた原信号を表し、曲線１１２０、１１３０および１１４０は、それぞれ、ＵＳＲの値が１０、２０および３０の場合の再構成された信号を表す。図２７に、ＵＳＲが４０のときに非一様サンプリングインスタンスにおいて感知された信号の一例を示す。それらのサンプリングインスタンスは垂直線として示されている。
【０１０７】
信号完全性は、ＵＳＲが２０までは十分に維持され、その後は劣化し始め得ることが、図１１から観測され得る。ただし、信号ピークロケーションは、高いＵＳＲ（すなわち、ＵＳＲ値が３０）を用いても十分に維持され得ることに留意されたい。この場合、はるかに少ない持続時間の間、詳細にはＴ・ｆs秒ではなくＴ・ｆs／ＵＳＲ秒の間のみ、ＬＥＤを点灯することができるので、（ＰＰＧデータ収集の一部としての）ＬＥＤ電力消費量をＵＳＲ分の１だけ著しく低減することができる。
【０１０８】
心拍数およびＰＰＧ再構成
係数ベクトルｙの各要素はサンプリングされた信号ｘにおける（特定の周波数をもつ）余弦の強度を近似的に表し得ることが、式（１）および式（２）から想起され得る。また、ＰＰＧ信号は本質的に振動性があり、支配的な周波数がＨＲ信号に比例し得ることに留意されたい。したがって、ＨＲ信号はＣＳ再構成
【数１７】
【０１０９】
から推定され得、それは、ＭＰアルゴリズムによって、次のように得られ得る。
【数１８】
【０１１０】
上式で、
【数１９】
【０１１１】
であり、
【数２０】
【０１１２】
はベクトル
【数２１】
【０１１３】
のｊ番目の要素であり、ｂｐｍは毎分脈拍の単位を表す。
【０１１４】
式（９）によって与えられるＨＲ推定値は、Ｎ・ｆs秒の持続時間にわたって得られた平均であり得ることに留意されたい。また、その推定値の分解能は
【数２２】
【０１１５】
によって与えられ得、それは、Ｎ＝１０００およびｆs＝１２５Ｈｚの場合、３．７５ｂｐｍに等しい。この分解能はより小さいＮを用いて改善でき、Ｎ＝１０００の選択は任意であることが観測され得る。
【０１１６】
ＨＲ推定のためのＭＰアルゴリズムの複雑さを、ＰＰＧ再構成の複雑さと比較することができる。図１０に示す例示的なＰＰＧ信号セグメントについて考慮することができ、そのＰＰＧ信号セグメントに関して、ｎmaxが２３に等しく、それにより、推定されるＨＲが８２．５ｂｐｍであることが暗示される。また、ＭＰアルゴリズムが本質的にグリーディであり、それは、射影空間ＷにおけるＰＰＧ信号の支配的な成分が初期反復において推定され得ることを暗示することが想起され得る。この場合、２つの最も支配的な成分は、ＨＲに対応する周波数をもつＤＣ成分および余弦であり得る。したがって、ＭＰアルゴリズムの数回の反復内にＨＲの確実な推定を達成することが予想され得、それはまた、完全なＰＰＧ信号の中間表現を生成する必要がない場合があることを示唆する。
【０１１７】
一方、信号再構成タスクのために射影空間Ｗにおいてより多くの係数を再構成することが必要であることがあり、それにより、ＭＰベースの後処理が著しくより多く反復されることがある。ＭＰアルゴリズムのｍ回の反復はおおよそＯ（ｍ・Ｋ・Ｎ）回の算術演算を要し得ることに留意されたい。したがって、（たとえば、ＣＳ測定からの）ＨＲ推定は、ＰＰＧ信号再構成と比較すると、受信機においてより少ない計算複雑性を必要とし得る。また、Ｎ次元信号ｘに対応するＣＳサンプルの数がＫであり得、それによりアンダーサンプリング比（ＵＳＲ）がＮ／Ｋとして定義されることが想起され得る。ＵＳＲが増加すると、指定されたパフォーマンスレベルを達成するために受信機において計算複雑性が増加することが予想され得る。これは、センサ電力（送信機におけるより少数の測定）とアグリゲータ電力（受信機におけるより多くの反復および計算）との間のトレードオフを表す。
【０１１８】
ＨＲ推定とＰＰＧ信号再構成とのためのパフォーマンスメトリックを導入することができる。ＨＲ推定の場合、メトリックは、
【数２３】
【０１１９】
として定義される２乗平均誤差（ＲＭＳＥ）であり得る。ＰＰＧ再構成のためのメトリックは、
【数２４】
【０１２０】
として定義される正規化ＲＭＳＥであり得る。項Ｅ［・］は、ＰＰＧ信号ｘおよび異なる測定ベースＨの様々な実現にわたるモンテカルロ平均化を用いた期待値演算子を示す。ＰＰＧ信号の実現ｘはＭＩＭＩＣデータベースから取られ得る。真の心拍数は、式（９）において示唆されるように、原信号ｘから抽出され得る。各信号セグメントｘは、８秒の長さになり、１２５Ｈｚでサンプリングされるように取られ得る。
【０１２１】
図１２に、ＵＳＲが１０および２０の場合の、ＭＰベースの後処理の反復の数ｍに関するＨＲ推定ＲＭＳＥを示す。推定精度は反復の数の増加とともに改善するので、ＲＭＳＥがｍの増加とともに減少し得ることが観測され得る。また、指定されたＲＭＳＥを達成するために必要とされる反復の数は、ＵＳＲの増加とともに増加し得る。ｍ＝５０のときに、ＨＲ推定ＲＭＳＥは１ｂｐｍに等しく、１ｂｐｍは、ＵＳＲが１０および２０の場合のそれぞれの当該の分解能３．７５ｂｐｍおよび４ｂｐｍよりも小さいことに留意されたい。
【０１２２】
したがって、ＵＳＲが１０のときに１ｂｐｍのＨＲ推定ＲＭＳＥを達成するためには、おおよそ毎秒６２５０００（すなわち、
【数２５】
【０１２３】
、上式でｆs＝１２５Ｈｚ）回のオーダーの算術演算が必要とされ得る。同様に、その信号をＵＳＲ＝１０のときにＲＭＳＥ≒０．１で再構成するためには、おおよそ毎秒３８７５０００（すなわち、
【数２６】
【０１２４】
）回のオーダーの算術演算が必要とされ得る。これは、説明する推定手法が、現在のスマートフォンまたはＰＤＡ中の計算リソースによって処理され得ることを示唆する。
【０１２５】
図１３に、ＵＳＲが１０および２０の場合の、アルゴリズムの反復の数ｍに関する正規化再構成ＲＭＳＥを示す。そのＲＭＳＥはｍの増加とともに低減され得ることが観測され得る。ただし、その減少は、ＨＲ推定ＲＭＳＥとは反対に、ｍとともに漸進的であり得ることに留意されたい。これは、この再構成タスクが、ＨＲ推定の場合の単一の支配的な成分とは反対に、スパース空間Ｗにおける複数の係数の推定を必要とし得るからであり得る。
【０１２６】
したがって、受信機複雑さは、ＵＳＲの値、当該のタスク、および所望のパフォーマンスレベルに依存し得る。（完全な再構成を必要とし得る）ＰＰＧ信号の中間表現は、ＨＲ推定タスクなどのいくつかのタスクには必要でないことがある。さらに、再構成中にＭＰアルゴリズムにおいて定義される
【数２７】
【０１２７】
および
【数２８】
【０１２８】
変数の値を監視し得る。この情報は、信号の変動に適合させるようにセンサ側においてＵＳＲの値を変更するために使用され得る。
【０１２９】
カフレス血圧推定
パルス到達時刻（ＰＡＴ）および心拍数（ＨＲ）を使用して、ＳＢＰおよびＤＢＰを推定し得、ＰＡＴは、ＥＣＧ波形における擬似ランダム信号ピークとＰＰＧ波形における対応するピークとの間の遅延として定義できる。図１４に、例示的なＥＣＧおよびＰＰＧ波形に基づくＰＡＴおよびＨＲの定義を示す。
【０１３０】
血圧（ＢＰ）推定アルゴリズムに関与する第１のステップは、ＥＣＧおよびＰＰＧ信号から当該のピークおよび他のポイントが抽出できるように、それらの信号をセグメント化することであり得る。第２のステップは、ＰＡＴおよびＨＲからＢＰを推定することであり得る。
【０１３１】
ＥＣＧセグメント化は、８Ｈｚと１５Ｈｚとの間の帯域フィルタを適用し、その後、それを２乗し、次いで、それを可変持続時間のセグメントにおいて処理することによって、達成され得る。初期セグメント持続時間は２秒とすることができる。あらゆるセグメントに対して、しきい値が計算され、そのしきい値を上回るすべてのピークが配置され得る。次いで、間隔が０．１７秒未満のすべてのピークが除去され、最も高い振幅をもつピークが常に維持され得る。ＰＰＧ信号をセグメント化するためには、２つの連続するＥＣＧピーク間のセグメントが分析され得る。各セグメント内の最大ポイントと最小ポイントを見つけることによって、ピークと谷が検出され得る。いつでも、確実なＰＡＴおよびＨＲ推定値を与えるためには、近傍の信号ピークも確実である必要があり得る。
【０１３２】
ＢＰ推定モデルは次のように示され得る。
【数２９】
【０１３３】
上式で、較正パラメータａi、ｂiおよびｃi、ｉ＝１，２は、トレーニングプロセス中に推定され、再較正の機会ごとに再帰的最小２乗（ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ：ＲＬＳ）アルゴリズムによって適合させられ得る。
【０１３４】
本開示の一態様では、再較正は１時間ごとに１回実行され得る。再較正持続時間は、本質的に、モデルパラメータを推定するかまたは適合させることがどのくらい頻繁に必要とされ得るかを暗示し得る。再較正ステップは、バイアスおよびドリフトの問題に取り組むために、現実の適用例のために必要であることがある。より長い時間期間の間、カフなしで連続的に、非侵襲的に血圧が測定できるように、再較正期間が長いことが望まれることがある。より頻繁な再較正は、ＢＰ推定誤差を低減し得るが、あまり頻繁でない再較正は、システムをより常用に適したものにし得る。
【０１３５】
ＣＳ−ＰＰＧを使用したＢＰ推定の結果を提示し、ナイキストＰＰＧを使用したＢＰ推定の結果と比較する。たとえば、この評価のために、ＭＩＭＩＣデータベースからの１３人の患者に対応する記録を使用することができ、それらの記録の長さは平均３８時間のオーダーである。患者記録全体のＣＳ−ＰＰＧを生成するために、勾配射影ベースのスパース再構成（ＧＰＳＲ）手法が使用され得る。
【０１３６】
図１５に、提案する手法のＥＣＧおよびＣＳ−ＰＰＧ信号の使用に基づくＢＰ推定結果を示す。ＵＳＲの値は、ＰＰＧ信号のＣＳフレームワークベースの測定の場合、４０になるように取ることができる。ＢＰ監視の観点から、ＢＰ推定値の報告／生成の周波数を計算することが重要であり得る。ＣＳ−ＰＰＧおよびナイキストＰＰＧベースラインアルゴリズムを使用して毎分生成されたＢＰ推定値の平均数として、項ＮBPを導入することができる。
【０１３７】
図１５はまた、ＳＢＰおよびＤＢＰ推定誤差の標準偏差、ならびに、ナイキストＰＰＧのＮBPと、ＵＳＲが４０の場合のＣＳ−ＰＰＧのＮBPとを示している。ＢＰ推定に関する医療器具開発協会（Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ：ＡＡＭＩ）の要件は、ＳＢＰとＤＢＰの両方に関して誤差の標準偏差は８ｍｍＨｇを下回らなければならないことを示している。ＳＢＰ推定誤差とＤＢＰ推定誤差の両方に関して平均標準偏差が８ｍｍＨｇ未満であり得ることが、図１５から観測され得る。さらに、ナイキストＰＰＧと比較すると、ＣＳ−ＰＰＧを使用することによって精度が劣化していない。この例示的なシミュレーションでは、ナイキストＰＰＧを使用すると毎分平均５１ＢＰの推定値であることと比較して、ＵＳＲが４０のときに毎分平均８．８５ＢＰの測定値が推定され得る。
【０１３８】
本開示では、ＰＰＧ信号を収集するためのＣＳベースの低電力ソリューションを提案するが、ＨＲおよびＢＰ推定精度は、提案するＣＳ−ＰＰＧ手法を使用して損なわれないことがある。また、少なくともＫ≧Ｍ ｌｏｇ Ｎ／Ｍ個のサンプルが収集され、十分な計算リソースが受信機において利用可能であるという条件で、ＰＰＧ信号全体が任意に高い分解能で再構成され得ることが示される。
【０１３９】
圧縮感知ベースのパケットロス補償
本開示では、送信機と受信機との間の不良チャネル状態、輻輳およびモビリティによるパケットロスの問題に対処する。通信リンクにおけるパケットロスに対するロバストネスを改善するために、生物医学信号（すなわち、ＰＰＧ信号、ＥＣＧ信号など）のスパースな性質を利用することが特に興味深いことがあり得る。無線で送信されている信号が本質的にスパースである（すなわち、その信号が冗長性を有する）とき、パケットロスは、チャネルによって実行される圧縮として疎に扱われ得る。
【０１４０】
本開示のいくつかの態様は、電力消費量を低下させ、遠隔医療におけるＥＣＧ信号のロバストな通信を達成するための、ＣＳベースの手法をサポートする。ＥＣＧ信号は、フーリエ／ガボール空間において、ＰＰＧ信号と比較してスパースでないことがあることが観測され得る。図１７に示すように、０．０５Ｈｚ〜４０Ｈｚ帯域内に多くの成分があり得、それらの成分は、ＥＣＧ信号にとって臨床的に関係のあるものと見なされ得る。本開示で提案するＣＳベースのＰＬＣ手法は、少なくともＫ≧Ｍ ｌｏｇ Ｎ／Ｍ個の測定値が再構成のために受信機において利用可能であるという条件で、ＰＰＧおよび他の信号にも完全に適用可能であり得る。
【０１４１】
データが送信機（すなわち、センサ）から受信機（すなわち、アグリゲータ）にパケットの形態でワイヤレス送信され得ると仮定することができる。従来の用語に従って、各パケットはサービスデータユニット（Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｄａｔａ Ｕｎｉｔ：ＳＤＵ）およびアプリケーションデータユニット（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｄａｔａ Ｕｎｉｔ：ＡＤＵ）を含み得る。ＡＤＵはアプリケーション層のＥＣＧペイロードを含み得、ペイロードは、８〜１２ビットの典型的なビット分解能でＰ個のＥＣＧサンプルを含むように定義され得る。チャネル誤差をもつＳＤＵが下位層において欠落し得、損失したパケットのロケーションが、正しく受信したパケットのヘッダ中のシーケンス番号フィールドを介してアプリケーション層において識別され得ると仮定することができる。
【０１４２】
データは、未加工ＥＣＧサンプルの形態では送信されないことがある。代わりに、そのデータに対してアプリケーション層プリコーディングが実行され得る。その意図は、式（３）において定義されたランダム測定行列Ｈを使用することによって、送信の前に元のＥＣＧ信号をプリコードすることである。得られたプリコードされたデータを使用して、ｎ＞１個の（すなわち、複数の）パケットが形成され得、次いで、それらのパケットは順番に受信機に送信され得る。この動作は、パケットロスの場合に原信号に関する何らかの情報を推測することが可能であり得るようにし得る。ＥＣＧ信号推定値、ＨＲ推定値などを得るために、ＣＳベースの再構成原理が受信データに適用され得る。このプロセスは、送信すべき各情報ビットが、拘束長として定義されたより長い持続時間にわたって拡散される、畳み込み符号化に類似することがある。各ＡＤＵ中のサンプル数はＰによって示される。ＥＣＧ信号はＭＩＭＩＣデータベースから取られ得、サンプリングレートはｆs＝１２５Ｈｚとすることができる。
【０１４３】
図１６に、本開示のいくつかの態様による、ＣＳベースのパケットロス補償（ｐａｃｋｅｔ ｌｏｓｓ ｃｏｎｃｅａｌｍｅｎｔ：ＰＬＣ）の例示的な動作１６００を示す。動作１６１０〜１６４０は送信機（たとえば、ＰＰＧセンサおよびＥＣＧセンサなどの生物医学センサ）において実行され得、動作１６５０〜１６７０は受信機（たとえば、モバイルハンドセットまたはＰＤＡ）において実行され得る。
【０１４４】
１６１０において、監視された生物医学信号のサンプルを収集する。たとえば、Ｎ＝ｎ・Ｐである、Ｎ個の連続するＥＣＧのサンプルを備えるベクトルｘが生成され得る。その後、次元Ｋ×Ｎの測定行列Ｈが作成され得る。一態様では、行列Ｈの要素は、対称ベルヌーイ分布Ｐｒ（Ｈi,j＝−１または１）＝１／２から単独で選択され得る。別の態様では、その測定行列の行は、２Kウォルシュシーケンスからランダムに選択され得る。さらに別の態様では、その測定行列の行は、サイズＮ×Ｎのハール行列からランダムに選択され得る。
【０１４５】
１６２０において、当該の処理された信号を得るために、監視された生物医学信号の収集されたサンプルを随意に処理する。たとえば、図１４に示すように、パルス到達時刻（ＰＡＴ）および心拍数（ＨＲ）変動性を得るために、ならびに血液中の酸素含有量を得るために、ＥＣＧおよびＰＰＧ信号が利用され得る。ＨＲ変動性およびＰＡＴは、さらに、式（１０）によって定義されたように、血圧を計算するために使用され得る。１６３０において、プリコードされた信号を得るために、測定行列を使用して原信号ｘ（たとえば、ＥＣＧ信号およびＰＰＧ信号）または処理された信号（たとえば、ＰＡＴ、ＨＲ変動性、酸素含有量など）をプリコードする。
【０１４６】
１６４０において、プリコードされた信号の少なくとも１つのパケットを得るために、プリコードされた信号をパケット化する。たとえば、Ｋ個のプリコードされたサンプルが、送信の前にｎ＝Ｋ／Ｐ個のパケットにパケット化され得る。万一チャネルがいくつかのパケットを欠落させた場合、正しく受信したプリコードされたデータパケットから原信号を再構成するために、監視された生物医学信号の基礎をなす変換領域スパーシティが使用され得る。再構成忠実度はパケットロス率および信号スパーシティ構造に依存し得ることに留意されたい。１６５０において、プリコードされた信号の少なくとも１つのパケットをワイヤレスチャネルを介して送信する。Ｎ個のサンプルがプリコードされ、送信され得るので、一定のエンドツーエンド待ち時間Ｎ／ｆs（または
【数３０】
【０１４７】
）秒がシステムに導入され得る。パラメータＫはＮに（すなわち、ｎ・Ｐに）設定され得る。ＰＰＧ収集に関して、収集電力を節約するために、パラメータＫは、Ｎよりもはるかに小さく設定され、スパーシティを活用し得ることが想起され得る。
【０１４８】
１６６０において、ワイヤレスチャネルを介して送信された少なくとも１つのパケットをアグリゲータにおいて受信する。１６７０において、送信中に破損または損失したパケットのインデックスを識別する。次いで、１６８０において、送信された信号の元のサンプルを再構成するために、これらのインデックスを使用する。
【０１４９】
センサは、非一様サンプリングインスタンスのシーケンスを生成するために、ランダムシードを利用し得る。このランダムシードは、再構成中にサンプリングインスタンスのシーケンスを再生成し、使用することができるように、受信機に通信され得る。一方、受信機は、セキュアな通信において使用されるキーに基づいてランダムシードを選択し得る。この場合、受信機は、サンプリングインスタンスの同じシーケンスがセンサと受信機の両方において採用できるように、どのランダムシードを使用すべきかをセンサに通知し得る。
【０１５０】
ワイヤレスチャネルを次元Ｋ×Ｋの対角行列Ｈcによって表す。再構成のためのアプリケーション層において損失し、利用不可能なパケットのインデックスを含んでいるセットをＳとする。セットＳの濃度は、欠落したパケットの数を表し得る。Ｈcの対角線上の要素は次のように定義され得る。
【数３１】
【０１５１】
ｒにＨcを前から掛けると、本質的に、正常に受信したプリコードされたデータサンプルが与えられ得る。得られたベクトルは
【数３２】
【０１５２】
として示すことができ、それはＨc・Ｈ・ｘによって与えられる。セットＳの濃度がｎである場合、これは、すべてのパケットが送信中に欠落したことを暗示し得、この場合、受信機において推定された信号は０に設定され得る。セットＳの濃度が０である（すなわち、Ｈcが単位行列である）場合、これは、欠落したパケットがないことを暗示し得る。この場合、ＥＣＧ信号
【数３３】
【０１５３】
は単に
【数３４】
【０１５４】
と推定され得、上式でＨ#はＨの擬逆数である。Ｓの濃度が０よりも大きくｎよりも小さい場合は、受信したベクトル
【数３５】
【０１５５】
に基づいて信号推定値
【数３６】
【０１５６】
を得るために、前に説明したＭＰアルゴリズムが使用され得る。この特定の場合においては、ＭＰアルゴリズム中の項Ｈの代わりにＨc・Ｈを使用する必要があり得ることに留意されたい。
【０１５７】
ＣＳ再構成中にスパーシティを実施するために、式（１）において定義されたガボール基底Ｗが使用され得る。この特定のＣＳベースのＰＬＣ方式はＣＳ−ＰＬＣと呼ばれることがある。図１５は、ＥＣＧ信号ｘと、ガボール変換空間におけるその対応する表現ｙ（すなわち、Ｗ・ｘ）との短いセグメントの一例を示している。図１７には、ｒ＝Ｈ・ｘによって与えられる、ｘのプリコードされたバージョンも示されている。
【０１５８】
ＣＳ−ＰＬＣ手法内のプリコーディングがｎ・Ｐ回の内積に関与し得、各内積がｎ・Ｐ回のオーダーの算術演算を必要とし得ることに留意されたい。したがって、プリコーディング複雑さはＯ（ｎ2・Ｐ2）回のオーダーである。プリコーディング複雑さを減少させるために、本開示では、インターリービングに基づく代替ＣＳベースのＰＬＣ手法をも提案する。
【０１５９】
図１８に、本開示のいくつかの態様による、インターリービングベースのＣＳ−ＰＬＣの例示的な動作１８００を示す。動作１８１０〜１８５０は送信機（たとえば、ＰＰＧセンサおよびＥＣＧセンサなど、生物医学信号のセンサ）において実行され得る。動作１８６０〜１８９０は受信機（たとえば、モバイルハンドセットまたはＰＤＡ）において実行され得る。
【０１６０】
１８１０において、監視された生物医学信号のサンプルを収集する。１８２０において、プリコードされたサンプルのセットを得るために、定義された数の収集されたサンプルをプリコードする。１８３０において、インターリーブされた信号を得るために、プリコードされたサンプルのセットにわたってサンプルレベルインターリービングを実行する。１８４０において、インターリーブされた信号の少なくとも１つのパケットを得るために、インターリーブされた信号をパケット化する。１８５０において、インターリーブされた信号の少なくとも１つのパケットをワイヤレスチャネルを介して送信する。
【０１６１】
１８６０において、ワイヤレスチャネルを介して送信された少なくとも１つのパケットを受信する。１８７０において、送信中に破損または損失したパケットのインデックスを識別する。次いで、送信された信号の元のサンプルを再構成するために、これらのインデックスを使用する。１８８０において、デインターリーブされた信号を得るために、受信した信号をデインターリーブする。最後に、１８９０において、送信された信号の元のサンプルを推定するために、たとえばＭＰアルゴリズムを使用することによって、デインターリーブされた信号を処理する。
【０１６２】
図１６に示すＣＳ−ＰＬＣ方式１６００と比較して、主要な差は、ここではプリコーディングが、ｎ・Ｐ個のサンプルではなく、Ｐ個のＥＣＧサンプルに対して実行され得、それにより、プリコーディング複雑さがｎ2分の１に低減され得ることである。この後に、ｎ・Ｐ個のサンプルの長さにわたって、プリコードされたデータのサンプルレベルインターリービングが続き得る。図１６からのＣＳ−ＰＬＣ方式１６００と比較して、元のＥＣＧデータはより短い持続時間にわたってプリコードされ得るが、インターリービングステップ１８３０により、より長い持続時間にわたって信号情報を拡散することが可能になり得る。インターリービングプロセスは、バースト的チャネル誤差（すなわち、順に複数のパケットを損失すること）の処理を可能にし得る。また、センサ寿命と再構成忠実度との間の最適なトレードオフを達成するために、パラメータＵＳＲ、ｎ、ＫおよびＨは、受信機におけるＨc、
【数３７】
【０１６３】
および
【数３８】
【０１６４】
の観測値に基づいて適合させられ得ることに留意されたい。
【０１６５】
提案するＣＳ−ＰＬＣ方式を再送信ベースの手法と比較することができ、再送信ベースの手法では、受信機において正常に受信されていないパケットに対して最高ｋ−１回の再送信試行が行われ得る。したがって、ｋ＝１は、データが送信機から１回のみ送信され得ることを示し、パケットが欠落した場合、対応する信号ロケーションは受信機によって０に設定され得る。再送信は、前方誤り訂正（ＦＥＣ）と比較して帯域幅不利益は小さくなり得るが、送信機においてパケットをバッファする必要があり得るので、センサにおける複雑さが大きくなる。さらに、システム待ち時間が大きいことがあり、それはラウンドトリップタイム（ｒｏｕｎｄ ｔｒｉｐ ｔｉｍｅ：ＲＴＴ）に比例する。これらの理由のために、ＣＳ−ＰＬＣ手法は、低電力センサに関してＦＥＣおよび再送信ベースの手法よりも好ましいものであり得る。
【０１６６】
上述の様々なＰＬＣ方式の定量的比較をパケットロス率に関して提示する。パケットロス率は、チャネル状態、輻輳などのインジケータとすることができ、パケットが送信中に欠落した率を表し得る。パケットロス率は０と１との間に境界を画定され得、０はチャネルがクリーンであることを示し得、１はチャネルが完全に信頼できないことを示し得る。本開示で提示するすべての比較は、２０，０００のモンテカルロチャネル実現にわたって平均化される。
【０１６７】
ＰＬＣ方式のパフォーマンスは、最初に、
【数３９】
【０１６８】
として定義される正規化ＲＭＳＥに関して評価される。項Ｅ［・］は、ＥＣＧ信号ｘおよび異なるチャネル実現Ｈcの様々な実現にわたるモンテカルロ平均化を用いた期待値演算子を示す。ＥＣＧ信号の実現ｘは、１２５ＨｚでサンプリングされたＭＩＭＩＣデータベースから取られ得る。
【０１６９】
図１９は、パラメータｎの異なる値に関するＣＳ−ＰＬＣ方式の正規化ＲＭＳＥパフォーマンスを比較する。Ｋの値は、提示する定量分析ごとに、パケット当たり２０個のサンプルに設定されている。ｎの当該の例示的な値は５、１０および２０であり、それぞれ、０．８秒、１．６秒および２．４秒の待ち時間に対応する。正規化ＲＭＳＥはパケットロス率の増加とともに劣化し得ることが、図１９から観測され得る。これが予想され得るのは、パケットロス率が高くなると、
【数４０】
【０１７０】
を推定するために受信機において利用可能な確実なデータの量が低減することが暗示され得るからである。また、正規化ＲＭＳＥパフォーマンスはパケットの数ｎの増加とともに改善し得ることに留意されたい。ｎが高くなると、スパーシティは、より長いＥＣＧ信号持続時間にわたって実施され得、したがって、再構成忠実度が改善され得る。
【０１７１】
図２０に、ワイヤレスチャネルによって４つのパケットが欠落したときの受信機における例示的な信号再構成を示す。この特定の例では、ｎは１５個のパケットに設定されている。曲線２０１０は原信号を表す。曲線２０２０は、ｋ＝１（すなわち、単一送信）である、ｋ送信方式を表し、曲線２０３０はＣＳ−ＰＬＣベースの信号推定を表す。曲線２０２０に対応する１送信方式に関与するパケットロス補償はなく、すなわち、パケットが損失した場合、受信機における当該の信号ロケーションにおいて０が代用され得る。１送信方式では、この特定の例において２つのＥＣＧピークが損失し得るが、ＣＳ−ＰＬＣを使用すると、完全なＥＣＧ信号が高忠実度で推定され得ることに留意されたい。重要なロケーションにおいて信号成分を損失すると、常時ＨＲ監視のような医療適用例に深刻な影響を及ぼし得ることにも留意されたい。
【０１７２】
図２１に、ＣＳ−ＰＬＣ方式と、インターリービングを用いたＣＳと、再送信方式との比較を示す。曲線２１１０と曲線２１２０は、それぞれ、ＣＳ−ＰＬＣ方式と「ＣＳおよびインターリービング」方式を表す。ｎの値は１５個のパケットに設定されている。「ＣＳおよびインターリービング」技法を使用して得られる再構成忠実度は、ＣＳ−ＰＬＣ方法と極めて同等であり得ることに留意されたい。「ＣＳおよびインターリービング」方式では、より小さい信号サポートにわたって（すなわち、各パケット内で）プリコーディングが実行され得るが、インターリービングプロセスにより、Ｎ個のサンプルの長さにわたって情報を拡散することが可能になり得る。「ＣＳおよびインターリービング」技法を使用する主要な利益は、一般に、より電力が制約される側であり得るセンサ側におけるプリコード複雑さの低減であり得る。図２１中の曲線２１３０は、１送信方式を表す。中程度のパケットロス率１０-2のときに、１送信方法は、ＣＳ−ＰＬＣ方式と比較してＲＭＳＥパフォーマンスが約５倍低下し得ることに留意されたい。
【０１７３】
前に提案したサンプルレベルインターリービングが１送信方式において採用され得る。インターリービングを用いると、１送信方法は、パケットロス率が１０-2の場合、ＣＳ−ＰＬＣと比較してパフォーマンスの低下がわずか３倍であり得る（すなわち、プロット２１４０対プロット２１１０）ことが観測され得る。インターリービングなしのｋ送信手法におけるｋの異なる値に関するＲＭＳＥパフォーマンスを提示する。曲線２１５０、２１６０、および２１７０は、それぞれ、ｋ＝２、３および４の場合を表す。２回および３回の再送信の場合、再構成ＲＭＳＥの著しい改善が達成され得ることが観測され得る。しかしながら、これにより、送信帯域幅、エンドツーエンドシステム待ち時間が増加し、センサにおけるプロトコル複雑さが大きくなり得る。
【０１７４】
上記で提示した様々なＰＬＣ方式を心拍検出精度に関して比較することができる。この量は、ＥＣＧ信号中のピークを正しく識別する率として定義できる。値１００％は完全な拍動検出を示し得、値０％は拍動検出なしを示し得る。ＡＡＭＩ規格によれば、拍動は、データベースから事前に入手可能な注釈付き拍動指数の１５０ｍｓ内に拍動がある場合、正しく検出されると見なされ得る。
【０１７５】
図２２に、本開示のいくつかの態様による、様々なＰＬＣ方式に関する心拍検出パフォーマンス比較を示す。図２２に示すモンテカルロシミュレーションの場合の想定されるパラメータは、図２１に示すシミュレーションの場合と同じである。図２２に示すシミュレーション結果からのいくつかの所見がある。第１に、心拍検出率は、予想通り、パケットロス率の増加とともに劣化し得る。第２に、ｋ送信方式のパフォーマンスは、再送信の数ｋの増加とともに改善し得る。ここでも、これが得られても、送信帯域幅およびエンドツーエンドシステム待ち時間は増加し得る。第３に、提案するＣＳベースのＰＬＣ方式（すなわち、プロット２２１０および２２２０）は、パケットロス率が極めて高いときでさえ、３送信方法よりも優れたパフォーマンスを発揮し得る。パケットロス率が０．５のとき、８７％の検出精度を達成し得る３送信方法（すなわち、プロット２２６０）とは反対に、ＣＳおよびインターリービングベースのＰＬＣ方法（すなわち、プロット２２２０）は、９６％の検出精度を達成し得ることに留意されたい。単一送信およびインターリービングなし（すなわち、プロット２２３０）の場合、パケットロス率が０．５のときに得られる検出精度は、５５％に等しいことがあり得る。
【０１７６】
図２３〜図２４に、提案するＣＳ−ＰＬＣ方式を使用して復元されたオーディオ信号の例を示す。ＣＳ−ＰＬＣ方式が非生物医学信号について十分に正確な推定結果を与え得ることが観測され得る。
【０１７７】
要約すると、本開示では、ヘルスケアおよびフィットネス適用例のためのボディエリアネットワークにおける低電力ロバストセンサに関係する圧縮感知（ＣＳ）の様々な適用例を提示した。パルスオキシメータセンサ収集電力を著しく低減しながら、臨床的適用例においてそのユーティリティが損なわれないことがあることが示された。詳細には、ＭＩＭＩＣデータベース中の多くの対象者からの長期データを使用してＣＳベースの収集手法をナイキストサンプリングと比較し、ＨＲおよびＢＰ推定が、許容される精度基準を満たすことができることが示された。
【０１７８】
ＣＳベースの手法は、センサの寿命を増加させるために使用され得るが、受信機において複雑さが追加される。センサ側におけるアンダーサンプリングと所与のタスクに対する受信機複雑さとの間のトレードオフを提示した。ＢＡＮにおける多くのヘルスケアおよびフィットネス適用例の場合、受信機複雑さは、十分に、現在のモバイルハンドセットおよびＰＤＡプラットフォームの機能内であり得る。心拍数推定などの適用例は、完全な再構成を必要としないことがあり、受信機複雑さをさらに低減し得る。最後に、パケットロスの存在下でのロバストな通信のためのＣＳベースの信号処理の利益が提示された。パケットロス率が増加するにつれて、再構成精度がゆるやかに劣化し得ることが示された。高いパケットロス率状態の存在下でさえ、ＥＣＧ信号が高忠実度で復元され得ることが示され得る。ＭＩＭＩＣデータベースからのＥＣＧデータに基づいて提示したシミュレーションでは、０．５と同じ高さのパケットロス率のときでも最高９６％の拍動検出精度が維持され得ることが示され得る。
【０１７９】
上記で説明した方法の様々な動作は、対応する機能を実行することが可能な任意の好適な手段によって実行できる。それらの手段は、限定はしないが、回路、特定用途向け集積回路（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、またはプロセッサを含む、様々なハードウェアおよび／またはソフトウェア構成要素（複数可）および／またはモジュール（複数可）を含むことができる。一般に、図に示す動作がある場合、それらの動作は、同様の番号をもつ対応するカウンターパートのミーンズプラスファンクション構成要素を有することができる。たとえば、図１６、図１８、図２５および図２８に示す、ブロック１６１０〜１６８０、１８１０〜１８９０、２５１０〜２５５０および２８１０〜２８２０は、図１６Ａ、図１８Ａ、図２５Ａおよび図２８Ａに示す、回路ブロック１６１０Ａ〜１６８０Ａ、１８１０Ａ〜１８９０Ａ、２５１０Ａ〜２５５０Ａおよび２８１０Ａ〜２８２０Ａに対応する。
【０１８０】
本明細書で使用する「判断」という用語は、多種多様なアクションを包含する。たとえば、「判断」は、計算、算出、処理、導出、調査、探索（たとえば、テーブル、データベース、または別のデータ構造中の探索）、確認などを含むことができる。また、「判断」は、受信（たとえば、情報を受信すること）、アクセス（たとえば、メモリ中のデータにアクセスすること）などを含むことができる。また、「判断」は、解決、選択、選出、確立などを含むことができる。
【０１８１】
本明細書で使用する、項目のリスト「のうちの少なくとも１つ」を指す句は、単一のメンバーを含む、それらのアイテムの任意の組合せを指す。一例として、「ａ、ｂ、またはｃのうちの少なくとも１つ」は、ａ、ｂ、ｃ、ａ−ｂ、ａ−ｃ、ｂ−ｃ、およびａ−ｂ−ｃをカバーするものとする。
【０１８２】
上記で説明した方法の様々な動作は、様々なハードウェアおよび／またはソフトウェア構成要素（複数可）、回路、および／またはモジュール（複数可）など、それらの動作を実行することが可能な任意の好適な手段によって実行できる。一般に、図に示すどの動作も、その動作を実行することが可能な対応する機能的手段によって実行できる。
【０１８３】
本開示に関して説明した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ：ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ信号（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ）または他のプログラマブル論理デバイス（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅ：ＰＬＤ）、個別ゲートまたはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、あるいは本明細書で説明した機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せを用いて実装または実行できる。汎用プロセッサはマイクロプロセッサとすることができるが、代替として、プロセッサは、任意の市販のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械とすることができる。プロセッサは、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、複数のＤＳＰコア、１つまたはそれより多いＤＳＰコアと連携する１つまたはそれより多いマイクロプロセッサ、あるいは任意の他のそのような構成として実装することもできる。
【０１８４】
本開示に関連して説明した方法またはアルゴリズムのステップは、直接ハードウェアか、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールか、またはその２つの組合せで実施できる。ソフトウェアモジュールは、当技術分野で知られている任意の形態の記憶媒体中に常駐することができる。使用できる記憶媒体のいくつかの例には、ランダムアクセスメモリ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ：ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ：ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭなどがある。ソフトウェアモジュールは、単一の命令、または多数の命令を備えることができ、いくつかの異なるコードセグメント上で、異なるプログラム間で、および複数の記憶媒体にわたって分散できる。記憶媒体は、プロセッサがその記憶媒体から情報を読み取ることができ、その記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合できる。代替として、記憶媒体はプロセッサに一体化することができる。
【０１８５】
本明細書で開示する方法は、説明した方法を達成するための１つまたはそれより多いステップまたはアクションを備える。本方法のステップおよび／またはアクションは、特許請求の範囲から逸脱することなく互いに交換することができる。言い換えれば、ステップまたはアクションの特定の順序が指定されない限り、特定のステップおよび／またはアクションの順序および／または使用は特許請求の範囲から逸脱することなく変更できる。
【０１８６】
説明した機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組合せで実装できる。ソフトウェアで実装した場合、機能は１つまたはそれより多い命令としてコンピュータ可読媒体上に記憶できる。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスできる任意の利用可能な媒体でよい。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、または他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージまたは他の磁気記憶デバイス、あるいは命令またはデータ構造の形態の所望のプログラムコードを搬送または記憶するために使用でき、コンピュータによってアクセスできる、任意の他の媒体を備えることができる。本明細書で使用するディスク（ｄｉｓｋ）およびディスク（ｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ｃｏｍｐａｃｔ ｄｉｓｃ）、レーザディスク、光ディスク、デジタル多用途ディスク（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｄｉｓｃ：ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク、およびブルーレイディスク（Ｂｌｕ−ｒａｙ ｄｉｓｃ）を含み、ディスク（ｄｉｓｋ）は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク（ｄｉｓｃ）はデータをレーザで光学的に再生する。
【０１８７】
したがって、いくつかの態様は、本明細書で提示する動作を実行するためのコンピュータプログラム製品を備えることができる。たとえば、そのようなコンピュータプログラム製品は、本明細書で説明する動作を実行するために１つまたはそれより多いプロセッサによって実行可能である命令をその上に記憶した（および／または符号化した）コンピュータ可読媒体を備えることができる。いくつかの態様では、コンピュータプログラム製品はパッケージング材料を含むことができる。
【０１８８】
ソフトウェアまたは命令はまた、送信媒体を介して送信できる。たとえば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ ｌｉｎｅ：ＤＳＬ）、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、または他のリモートソースから送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術は、送信媒体の定義に含まれる。
【０１８９】
さらに、本明細書で説明した方法および技法を実行するためのモジュールおよび／または他の適切な手段は、適用可能な場合にアクセス端末および／またはアクセスポイントによってダウンロードおよび／または他の方法で取得できることを諒解されたい。たとえば、本明細書で説明した方法を実行するための手段の転送を可能にするために、そのようなデバイスをサーバに結合することができる。代替的に、本明細書で説明した様々な方法を記憶手段（たとえば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、コンパクトディスク（ＣＤ）またはフロッピー（登録商標）ディスクなどの物理的記憶媒体など）によって提供することができ、それにより、アクセス端末および／またはアクセスポイントは、その記憶手段をデバイスに結合または供給すると、それらの様々な方法を取得することができるようになる。さらに、本明細書で説明する方法および技法をデバイスに与えるための任意の他の適切な技法を利用することができる。
【０１９０】
特許請求の範囲は、上記に示した正確な構成および構成要素に限定されないことを理解されたい。上記で説明した方法および装置の構成、動作および詳細において、特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な改変、変更および変形を行うことができる。
【０１９１】
本開示におけるワイヤレスデバイスは、ワイヤレスデバイスによって送信されるか、またはワイヤレスデバイスにおいて受信される信号に基づいて機能を実行する様々な構成要素を含むことができる。ワイヤレスデバイスはまた、ウェアラブルワイヤレスデバイスを指すことがある。いくつかの態様では、ウェアラブルワイヤレスデバイスは、ワイヤレスヘッドセットまたはワイヤレスウォッチを備えることができる。たとえば、ワイヤレスヘッドセットは、受信機を介して受信されたデータに基づいてオーディオ出力を与えるように適合されたトランスデューサを含むことができる。ワイヤレスウォッチは、受信機を介して受信されたデータに基づいて指示を与えるように適合されたユーザインターフェースを含むことができる。ワイヤレス感知デバイスは、送信機によって送信すべきデータを与えるように適合されたセンサを含むことができる。
【０１９２】
ワイヤレスデバイスは、好適なワイヤレス通信技術に基づくあるいはサポートする１つまたはそれより多いワイヤレス通信リンクを介して通信することができる。たとえば、いくつかの態様では、ワイヤレスデバイスはネットワークに関連することができる。いくつかの態様では、ネットワークは、超広帯域技術または何らかの他の好適な技術を使用して実装された、（たとえば、３０メートルのオーダーのワイヤレスカバレージエリアをサポートする）パーソナルエリアネットワーク、または（たとえば、１０メートルのオーダーのワイヤレスカバレージエリアをサポートする）ボディエリアネットワークを備えることができる。いくつかの態様では、ネットワークはローカルエリアネットワークまたはワイドエリアネットワークを備えることができる。ワイヤレスデバイスは、たとえば、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＯＦＤＭ、ＯＦＤＭＡ、ＷｉＭＡＸ、Ｗｉ−Ｆｉなど、様々なワイヤレス通信技術、プロトコル、または規格のうちの１つまたはそれより多いサポートあるいは使用することができる。同様に、ワイヤレスデバイスは様々な対応する変調方式または多重化方式のうちの１つまたはそれより多くをサポートあるいは使用することができる。したがって、ワイヤレスデバイスは、上記または他のワイヤレス通信技術を使用して１つまたはそれより多いワイヤレス通信リンクを確立し、それを介して通信するために適切な構成要素（たとえば、エアインターフェース）を含むことができる。たとえば、デバイスは、ワイヤレス媒体による通信を可能にする様々な構成要素（たとえば、信号生成器および信号プロセッサ）を含むことができる関連する送信機構成要素および受信機構成要素（たとえば、送信機２１０または３０２および受信機２１２または３０４）をもつワイヤレストランシーバを備えることができる。
【０１９３】
本明細書の教示は、様々な装置（たとえば、デバイス）に組み込む（たとえば、装置内に実装する、または装置によって実行する）ことができる。たとえば、本明細書で教示する１つまたはそれより多い態様は、電話（たとえば、セルラー電話）、個人情報端末（「ＰＤＡ」）またはいわゆるスマートフォン、娯楽デバイス（たとえば、音楽およびビデオプレーヤを含むポータブルメディアデバイス）、ヘッドセット（たとえば、ヘッドフォン、イヤピースなど）、マイクロフォン、医療感知デバイス（たとえば、生体センサ、心拍数モニタ、歩数計、ＥＫＧデバイス、スマートバンデージなど）、ユーザ入出力デバイス（たとえば、ウォッチ、遠隔制御装置、照明スイッチ、キーボード、マウスなど）、環境感知デバイス（たとえば、タイヤ空気圧モニタ）、医療または環境感知デバイス（たとえば、デスクトップ、モバイルコンピュータなど）からデータを受信することができる監視デバイス、ポイントオブケアデバイス、補聴器、セットトップボックス、または他の好適なデバイスに組み込むことができる。監視デバイスは、ネットワークとの接続を介して様々な感知デバイスからのデータにアクセスすることもできる。
【０１９４】
これらのデバイスは、異なる電力およびデータ要件を有することができる。いくつかの態様では、本明細書の教示は、（たとえば、インパルスベースのシグナリング方式および低デューティサイクルモードを使用して）低電力適用例で使用するように適合させることができ、（たとえば、高帯域パルスを使用して）比較的高いデータレートを含む様々なデータレートをサポートすることができる。
【０１９５】
いくつかの態様では、ワイヤレスデバイスは、通信システムのためのアクセスデバイス（たとえば、アクセスポイント）を備えることができる。そのようなアクセスデバイスは、たとえば、ワイヤードまたはワイヤレス通信リンクを介して別のネットワーク（たとえば、インターネットまたはセルラーネットワークなどワイドエリアネットワーク）への接続性を提供することができる。したがって、アクセスデバイスは、別のデバイス（たとえば、ワイヤレス局）が他のネットワークまたは何らかの他の機能にアクセスできるようにすることができる。さらに、それらのデバイスのうちの一方または両方はポータブルでも、場合によっては比較的非ポータブルでもよいことを諒解されたい。また、ワイヤレスデバイスは、適切な通信インターフェースを介して非ワイヤレスの方式で（たとえば、ワイヤード接続を介して）情報を送信および／または受信することもできることを諒解されたい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置において、非一様サンプリングインスタンスを生成することと、
複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知することと
を備える、信号処理のための方法。
【請求項２】
前記装置において、前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス中にソースを作動させることと、
前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス間で前記ソースを停止させることと
をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ソースを作動させることが、前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に１つまたはそれより多い発光ダイオード（ＬＥＤ）をオンにすることを備える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
各ＬＥＤが、６００ｎｍから１０００ｎｍまでの範囲の波長をもつ光を発する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記非一様サンプリングインスタンスを生成することが、シードに従って前記非一様サンプリングインスタンスを生成することを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記信号のサンプルを感知するために、および他の装置による前記信号の再構成のために、前記同じ非一様サンプリングインスタンスが使用される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記シードが、前記装置と前記他の装置との間の通信リンクのセキュリティプロトコルにおいて使用されるキーに基づいて生成される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記信号の前記感知されたサンプルの少なくとも１つのパケットを得るために、前記感知されたサンプルをパケット化することと、
前記少なくとも１つのパケットをワイヤレスチャネルを介して送信することと
をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記非一様サンプリングインスタンスに関するフィードバック情報を受信することと、
前記受信したフィードバック情報に従って前記非一様サンプリングインスタンスを適合させることと
をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記受信したフィードバック情報が、前記信号の再構成に関係する係数と少なくとも１つのパラメータとを備え、前記非一様サンプリングインスタンスを適合させることが、アンダーサンプリング比または前記サンプリングインスタンスの数のうちの少なくとも１つを適合させることを備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記信号が光電脈波（ＰＰＧ）信号または心電図（ＥＣＧ）信号を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
非一様サンプリングインスタンスを生成するように構成された生成器と、
複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知するように構成されたセンサと
を備える、信号処理のための装置。
【請求項１３】
ソースと、
前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に前記ソースを作動させるように構成された作動回路と、
前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス間で前記ソースを停止させるように構成された停止回路と
をさらに備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記ソースが、１つまたはそれより多い発光ダイオード（ＬＥＤ）を備え、前記作動回路が、前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に前記１つまたはそれより多いＬＥＤをオンにするように構成された、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
各ＬＥＤが、６００ｎｍから１０００ｎｍまでの範囲の波長をもつ光を発する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記非一様サンプリングインスタンスを生成するように構成された前記生成器が、シードに従って前記非一様サンプリングインスタンスを生成するように構成された回路を備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記信号のサンプルを感知するために、および他の装置による前記信号の再構成のために、前記同じ非一様サンプリングインスタンスが使用される、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記シードが、前記装置と前記他の装置との間の通信リンクのセキュリティプロトコルにおいて使用されるキーに基づいて生成される、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記信号の前記感知されたサンプルの少なくとも１つのパケットを得るために、前記感知されたサンプルをパケット化するように構成された回路と、
前記少なくとも１つのパケットをワイヤレスチャネルを介して送信するように構成された送信機と
をさらに備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項２０】
前記非一様サンプリングインスタンスに関するフィードバック情報を受信するように構成された受信機と、
前記受信したフィードバック情報に従って前記非一様サンプリングインスタンスを適合させるように構成されたアダプタと
をさらに備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項２１】
前記受信したフィードバック情報が、前記信号の再構成に関係する係数と少なくとも１つのパラメータとを備え、前記非一様サンプリングインスタンスを適合させることが、アンダーサンプリング比または前記サンプリングインスタンスの数のうちの少なくとも１つを適合させることを備える、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記信号が光電脈波（ＰＰＧ）信号または心電図（ＥＣＧ）信号を備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項２３】
非一様サンプリングインスタンスを生成するための手段と、
複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知するための手段と
を備える、信号処理のための装置。
【請求項２４】
ソースと、
前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に前記ソースを作動させるための手段と、
前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス間で前記ソースを停止させるための手段と
をさらに備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記ソースが、１つまたはそれより多い発光ダイオード（ＬＥＤ）を備え、前記ソースを作動させるための前記手段が、前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に前記１つまたはそれより多いＬＥＤをオンにするための手段を備える、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
各ＬＥＤが、６００ｎｍから１０００ｎｍまでの範囲の波長をもつ光を発する、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記非一様サンプリングインスタンスを生成するための前記手段が、シードに従って前記非一様サンプリングインスタンスを生成するための手段を備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項２８】
前記信号のサンプルを感知するために、および他の装置による前記信号の再構成のために、前記同じ非一様サンプリングインスタンスが使用される、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記シードが、前記装置と前記他の装置との間の通信リンクのセキュリティプロトコルにおいて使用されるキーに基づいて生成される、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記信号の前記感知されたサンプルの少なくとも１つのパケットを得るために、前記感知されたサンプルをパケット化するための手段と、
前記少なくとも１つのパケットをワイヤレスチャネルを介して送信するための手段と
をさらに備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項３１】
前記非一様サンプリングインスタンスに関するフィードバック情報を受信するための手段と、
前記受信したフィードバック情報に従って前記非一様サンプリングインスタンスを適合させるための手段と
をさらに備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項３２】
前記受信したフィードバック情報が、前記信号の再構成に関係する係数と少なくとも１つのパラメータとを備え、前記非一様サンプリングインスタンスを適合させることが、少なくともアンダーサンプリング比および前記サンプリングインスタンスの数を適合させることを備える、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記信号が光電脈波（ＰＰＧ）信号または心電図（ＥＣＧ）信号を備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項３４】
非一様サンプリングインスタンスを生成することと、
複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知することと
を行うように実行可能な命令を備えるコンピュータ可読媒体を備える、信号処理のためのコンピュータプログラム製品。
【請求項３５】
非一様サンプリングインスタンスを生成するように構成された生成器と、
複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知するように構成されたセンサと、
前記感知されたサンプルを送信するように構成された送信機と
を備える、感知デバイス。
【請求項３６】
装置において、他の装置から送信された信号のサンプルを受信することと、
前記他の装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断することと、
非一様サンプリングインスタンスの前記判断されたセットを使用して、前記受信したサンプルから前記信号を再構成することと
を備える、信号処理のための方法。
【請求項３７】
前記信号を再構成することが、修正された勾配射影ベースのスパース再構成（ＧＰＳＲ）アルゴリズムに従って前記信号を再構成することを備える、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記修正されたＧＰＳＲアルゴリズムが、重み係数を適用することを備え、前記重み係数が、原信号の推定された集合平均を備える、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記集合平均が、トレーニング信号のセットを平均化することによって推定される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
非一様サンプリングインスタンスの前記セットを判断することが、
シードに従って非一様サンプリングインスタンスの前記セットを生成することを備える、請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
前記シードが、前記装置に関与する通信リンクのセキュリティプロトコルにおいて使用されるキーに基づいて前記装置において生成される、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記シードに関する情報を前記他の装置に返送すること
をさらに備える、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
他の装置から送信された信号のサンプルを受信するように構成された受信機と、
前記他の装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断するように構成された回路と、
非一様サンプリングインスタンスの前記判断されたセットを使用して、前記受信したサンプルから前記信号を再構成するように構成された再構成器と
を備える、信号処理のための装置。
【請求項４４】
前記信号を再構成するように構成された前記再構成器が、修正された勾配射影ベースのスパース再構成（ＧＰＳＲ）アルゴリズムに従って前記信号を再構成するように構成された回路を備える、請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
前記修正されたＧＰＳＲアルゴリズムが、重み係数を適用することを備え、前記重み係数が、原信号の推定された集合平均を備える、請求項４４に記載の装置。
【請求項４６】
前記集合平均が、トレーニング信号のセットを平均化することによって推定される、請求項４５に記載の装置。
【請求項４７】
非一様サンプリングインスタンスの前記セットを判断するように構成された前記回路が、
シードに従って非一様サンプリングインスタンスの前記セットを生成するように構成された生成器を備える、請求項４３に記載の装置。
【請求項４８】
前記シードが、前記装置に関与する通信リンクのセキュリティプロトコルにおいて使用されるキーに基づいて前記装置において生成される、請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
前記シードに関する情報を前記他の装置に返送するように構成された送信機
をさらに備える、請求項４８に記載の装置。
【請求項５０】
他の装置から送信された信号のサンプルを受信するための手段と、
前記他の装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断するための手段と、
非一様サンプリングインスタンスの前記判断されたセットを使用して、前記受信したサンプルから前記信号を再構成するための手段と
を備える、信号処理のための装置。
【請求項５１】
前記信号を再構成するための前記手段が、修正された勾配射影ベースのスパース再構成（ＧＰＳＲ）アルゴリズムに従って前記信号を再構成するための手段を備える、請求項５０に記載の装置。
【請求項５２】
前記修正されたＧＰＳＲアルゴリズムが、重み係数を適用することを備え、前記重み係数が、原信号の推定された集合平均を備える、請求項５１に記載の装置。
【請求項５３】
前記集合平均が、トレーニング信号のセットを平均化することによって推定される、請求項５２に記載の装置。
【請求項５４】
非一様サンプリングインスタンスの前記セットを判断するための前記手段が、
シードに従って非一様サンプリングインスタンスの前記セットを生成するための手段を備える、請求項５０に記載の装置。
【請求項５５】
前記シードが、前記装置に関与する通信リンクのセキュリティプロトコルにおいて使用されるキーに基づいて前記装置において生成される、請求項５４に記載の装置。
【請求項５６】
前記シードに関する情報を前記他の装置に返送するための手段
をさらに備える、請求項５５に記載の装置。
【請求項５７】
装置から送信された信号のサンプルを受信することと、
前記装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断することと、
非一様サンプリングインスタンスの前記判断されたセットを使用して、前記受信したサンプルから前記信号を再構成することと
を行うように実行可能な命令を備えるコンピュータ可読媒体を備える、信号処理のためのコンピュータプログラム製品。
【請求項５８】
装置から送信された信号のサンプルを受信するように構成された受信機と、
前記装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断するように構成された回路と、
非一様サンプリングインスタンスの前記判断されたセットを使用して、前記受信したサンプルから前記信号を再構成するように構成された再構成器と、
前記再構成された信号に基づいてオーディオ出力を与えるように構成されたトランスデューサと
を備える、ヘッドセット。
【請求項５９】
装置から送信された信号のサンプルを受信するように構成された受信機と、
前記装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断するように構成された回路と、
非一様サンプリングインスタンスの前記判断されたセットを使用して、前記受信したサンプルから前記信号を再構成するように構成された再構成器と、
前記再構成された信号に基づいて指示を与えるように構成されたユーザインターフェースと
を備える、時計。
【請求項６０】
コネクタと、
前記コネクタを介して、ある装置から送信された信号のサンプルを受信するように構成された受信機と、
前記装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断するように構成された回路と、
非一様サンプリングインスタンスの前記判断されたセットを使用して、前記受信したサンプルから前記信号を再構成するように構成された再構成器と、
前記再構成された信号に基づいて指示を与えるように構成されたユーザインターフェースと
を備える、監視デバイス。
【請求項６１】
複数の非一様サンプリングインスタンス中にソースを作動させることと、
前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス間で前記ソースを停止させることと
を備える、信号処理のための方法。
【請求項６２】
前記ソースを作動させることが、前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に１つまたはそれより多い発光ダイオード（ＬＥＤ）をオンにすることを備える、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
各ＬＥＤが、６００ｎｍから１０００ｎｍまでの範囲の波長をもつ光を発する、請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
複数の非一様サンプリングインスタンス中にソースを作動させるように構成された作動回路と、
前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス間で前記ソースを停止させるように構成された停止回路と
を備える、信号処理のための装置。
【請求項６５】
前記ソースが、１つまたはそれより多い発光ダイオード（ＬＥＤ）を備え、前記作動回路が、前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に前記１つまたはそれより多いＬＥＤをオンにするように構成された、請求項６４に記載の装置。
【請求項６６】
各ＬＥＤが、６００ｎｍから１０００ｎｍまでの範囲の波長をもつ光を発する、請求項６５に記載の装置。
【請求項６７】
複数の非一様サンプリングインスタンス中にソースを作動させるための手段と、
前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス間で前記ソースを停止させるための手段と
を備える、信号処理のための装置。
【請求項６８】
前記ソースが、１つまたはそれより多い発光ダイオード（ＬＥＤ）を備え、前記ソースを作動させるための前記手段が、前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に前記１つまたはそれより多いＬＥＤをオンにするための手段を備える、請求項６１に記載の装置。
【請求項６９】
各ＬＥＤが、６００ｎｍから１０００ｎｍまでの範囲の波長をもつ光を発する、請求項６２に記載の装置。
【請求項７０】
複数の非一様サンプリングインスタンス中にソースを作動させることと、
前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス間で前記ソースを停止させることと
を行うように実行可能な命令を備えるコンピュータ可読媒体を備える、信号処理のためのコンピュータプログラム製品。
【請求項７１】
少なくとも複数の非一様サンプリングインスタンス中にソースを作動させるように構成された作動回路と、
前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知するように構成されたセンサと、
少なくとも前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス間で前記ソースを停止させるように構成された停止回路と
を備える、感知デバイス。
【請求項１】
装置において、非一様サンプリングインスタンスを生成することと、
複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知することと
を備える、信号処理のための方法。
【請求項２】
前記装置において、前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス中にソースを作動させることと、
前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス間で前記ソースを停止させることと
をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ソースを作動させることが、前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に１つまたはそれより多い発光ダイオード（ＬＥＤ）をオンにすることを備える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
各ＬＥＤが、６００ｎｍから１０００ｎｍまでの範囲の波長をもつ光を発する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記非一様サンプリングインスタンスを生成することが、シードに従って前記非一様サンプリングインスタンスを生成することを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記信号のサンプルを感知するために、および他の装置による前記信号の再構成のために、前記同じ非一様サンプリングインスタンスが使用される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記シードが、前記装置と前記他の装置との間の通信リンクのセキュリティプロトコルにおいて使用されるキーに基づいて生成される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記信号の前記感知されたサンプルの少なくとも１つのパケットを得るために、前記感知されたサンプルをパケット化することと、
前記少なくとも１つのパケットをワイヤレスチャネルを介して送信することと
をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記非一様サンプリングインスタンスに関するフィードバック情報を受信することと、
前記受信したフィードバック情報に従って前記非一様サンプリングインスタンスを適合させることと
をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記受信したフィードバック情報が、前記信号の再構成に関係する係数と少なくとも１つのパラメータとを備え、前記非一様サンプリングインスタンスを適合させることが、アンダーサンプリング比または前記サンプリングインスタンスの数のうちの少なくとも１つを適合させることを備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記信号が光電脈波（ＰＰＧ）信号または心電図（ＥＣＧ）信号を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
非一様サンプリングインスタンスを生成するように構成された生成器と、
複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知するように構成されたセンサと
を備える、信号処理のための装置。
【請求項１３】
ソースと、
前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に前記ソースを作動させるように構成された作動回路と、
前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス間で前記ソースを停止させるように構成された停止回路と
をさらに備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記ソースが、１つまたはそれより多い発光ダイオード（ＬＥＤ）を備え、前記作動回路が、前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に前記１つまたはそれより多いＬＥＤをオンにするように構成された、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
各ＬＥＤが、６００ｎｍから１０００ｎｍまでの範囲の波長をもつ光を発する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記非一様サンプリングインスタンスを生成するように構成された前記生成器が、シードに従って前記非一様サンプリングインスタンスを生成するように構成された回路を備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記信号のサンプルを感知するために、および他の装置による前記信号の再構成のために、前記同じ非一様サンプリングインスタンスが使用される、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記シードが、前記装置と前記他の装置との間の通信リンクのセキュリティプロトコルにおいて使用されるキーに基づいて生成される、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記信号の前記感知されたサンプルの少なくとも１つのパケットを得るために、前記感知されたサンプルをパケット化するように構成された回路と、
前記少なくとも１つのパケットをワイヤレスチャネルを介して送信するように構成された送信機と
をさらに備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項２０】
前記非一様サンプリングインスタンスに関するフィードバック情報を受信するように構成された受信機と、
前記受信したフィードバック情報に従って前記非一様サンプリングインスタンスを適合させるように構成されたアダプタと
をさらに備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項２１】
前記受信したフィードバック情報が、前記信号の再構成に関係する係数と少なくとも１つのパラメータとを備え、前記非一様サンプリングインスタンスを適合させることが、アンダーサンプリング比または前記サンプリングインスタンスの数のうちの少なくとも１つを適合させることを備える、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記信号が光電脈波（ＰＰＧ）信号または心電図（ＥＣＧ）信号を備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項２３】
非一様サンプリングインスタンスを生成するための手段と、
複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知するための手段と
を備える、信号処理のための装置。
【請求項２４】
ソースと、
前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に前記ソースを作動させるための手段と、
前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス間で前記ソースを停止させるための手段と
をさらに備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記ソースが、１つまたはそれより多い発光ダイオード（ＬＥＤ）を備え、前記ソースを作動させるための前記手段が、前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に前記１つまたはそれより多いＬＥＤをオンにするための手段を備える、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
各ＬＥＤが、６００ｎｍから１０００ｎｍまでの範囲の波長をもつ光を発する、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記非一様サンプリングインスタンスを生成するための前記手段が、シードに従って前記非一様サンプリングインスタンスを生成するための手段を備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項２８】
前記信号のサンプルを感知するために、および他の装置による前記信号の再構成のために、前記同じ非一様サンプリングインスタンスが使用される、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記シードが、前記装置と前記他の装置との間の通信リンクのセキュリティプロトコルにおいて使用されるキーに基づいて生成される、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記信号の前記感知されたサンプルの少なくとも１つのパケットを得るために、前記感知されたサンプルをパケット化するための手段と、
前記少なくとも１つのパケットをワイヤレスチャネルを介して送信するための手段と
をさらに備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項３１】
前記非一様サンプリングインスタンスに関するフィードバック情報を受信するための手段と、
前記受信したフィードバック情報に従って前記非一様サンプリングインスタンスを適合させるための手段と
をさらに備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項３２】
前記受信したフィードバック情報が、前記信号の再構成に関係する係数と少なくとも１つのパラメータとを備え、前記非一様サンプリングインスタンスを適合させることが、少なくともアンダーサンプリング比および前記サンプリングインスタンスの数を適合させることを備える、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記信号が光電脈波（ＰＰＧ）信号または心電図（ＥＣＧ）信号を備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項３４】
非一様サンプリングインスタンスを生成することと、
複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知することと
を行うように実行可能な命令を備えるコンピュータ可読媒体を備える、信号処理のためのコンピュータプログラム製品。
【請求項３５】
非一様サンプリングインスタンスを生成するように構成された生成器と、
複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知するように構成されたセンサと、
前記感知されたサンプルを送信するように構成された送信機と
を備える、感知デバイス。
【請求項３６】
装置において、他の装置から送信された信号のサンプルを受信することと、
前記他の装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断することと、
非一様サンプリングインスタンスの前記判断されたセットを使用して、前記受信したサンプルから前記信号を再構成することと
を備える、信号処理のための方法。
【請求項３７】
前記信号を再構成することが、修正された勾配射影ベースのスパース再構成（ＧＰＳＲ）アルゴリズムに従って前記信号を再構成することを備える、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記修正されたＧＰＳＲアルゴリズムが、重み係数を適用することを備え、前記重み係数が、原信号の推定された集合平均を備える、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記集合平均が、トレーニング信号のセットを平均化することによって推定される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
非一様サンプリングインスタンスの前記セットを判断することが、
シードに従って非一様サンプリングインスタンスの前記セットを生成することを備える、請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
前記シードが、前記装置に関与する通信リンクのセキュリティプロトコルにおいて使用されるキーに基づいて前記装置において生成される、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記シードに関する情報を前記他の装置に返送すること
をさらに備える、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
他の装置から送信された信号のサンプルを受信するように構成された受信機と、
前記他の装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断するように構成された回路と、
非一様サンプリングインスタンスの前記判断されたセットを使用して、前記受信したサンプルから前記信号を再構成するように構成された再構成器と
を備える、信号処理のための装置。
【請求項４４】
前記信号を再構成するように構成された前記再構成器が、修正された勾配射影ベースのスパース再構成（ＧＰＳＲ）アルゴリズムに従って前記信号を再構成するように構成された回路を備える、請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
前記修正されたＧＰＳＲアルゴリズムが、重み係数を適用することを備え、前記重み係数が、原信号の推定された集合平均を備える、請求項４４に記載の装置。
【請求項４６】
前記集合平均が、トレーニング信号のセットを平均化することによって推定される、請求項４５に記載の装置。
【請求項４７】
非一様サンプリングインスタンスの前記セットを判断するように構成された前記回路が、
シードに従って非一様サンプリングインスタンスの前記セットを生成するように構成された生成器を備える、請求項４３に記載の装置。
【請求項４８】
前記シードが、前記装置に関与する通信リンクのセキュリティプロトコルにおいて使用されるキーに基づいて前記装置において生成される、請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
前記シードに関する情報を前記他の装置に返送するように構成された送信機
をさらに備える、請求項４８に記載の装置。
【請求項５０】
他の装置から送信された信号のサンプルを受信するための手段と、
前記他の装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断するための手段と、
非一様サンプリングインスタンスの前記判断されたセットを使用して、前記受信したサンプルから前記信号を再構成するための手段と
を備える、信号処理のための装置。
【請求項５１】
前記信号を再構成するための前記手段が、修正された勾配射影ベースのスパース再構成（ＧＰＳＲ）アルゴリズムに従って前記信号を再構成するための手段を備える、請求項５０に記載の装置。
【請求項５２】
前記修正されたＧＰＳＲアルゴリズムが、重み係数を適用することを備え、前記重み係数が、原信号の推定された集合平均を備える、請求項５１に記載の装置。
【請求項５３】
前記集合平均が、トレーニング信号のセットを平均化することによって推定される、請求項５２に記載の装置。
【請求項５４】
非一様サンプリングインスタンスの前記セットを判断するための前記手段が、
シードに従って非一様サンプリングインスタンスの前記セットを生成するための手段を備える、請求項５０に記載の装置。
【請求項５５】
前記シードが、前記装置に関与する通信リンクのセキュリティプロトコルにおいて使用されるキーに基づいて前記装置において生成される、請求項５４に記載の装置。
【請求項５６】
前記シードに関する情報を前記他の装置に返送するための手段
をさらに備える、請求項５５に記載の装置。
【請求項５７】
装置から送信された信号のサンプルを受信することと、
前記装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断することと、
非一様サンプリングインスタンスの前記判断されたセットを使用して、前記受信したサンプルから前記信号を再構成することと
を行うように実行可能な命令を備えるコンピュータ可読媒体を備える、信号処理のためのコンピュータプログラム製品。
【請求項５８】
装置から送信された信号のサンプルを受信するように構成された受信機と、
前記装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断するように構成された回路と、
非一様サンプリングインスタンスの前記判断されたセットを使用して、前記受信したサンプルから前記信号を再構成するように構成された再構成器と、
前記再構成された信号に基づいてオーディオ出力を与えるように構成されたトランスデューサと
を備える、ヘッドセット。
【請求項５９】
装置から送信された信号のサンプルを受信するように構成された受信機と、
前記装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断するように構成された回路と、
非一様サンプリングインスタンスの前記判断されたセットを使用して、前記受信したサンプルから前記信号を再構成するように構成された再構成器と、
前記再構成された信号に基づいて指示を与えるように構成されたユーザインターフェースと
を備える、時計。
【請求項６０】
コネクタと、
前記コネクタを介して、ある装置から送信された信号のサンプルを受信するように構成された受信機と、
前記装置において信号がサンプリングされた非一様サンプリングインスタンスのセットを判断するように構成された回路と、
非一様サンプリングインスタンスの前記判断されたセットを使用して、前記受信したサンプルから前記信号を再構成するように構成された再構成器と、
前記再構成された信号に基づいて指示を与えるように構成されたユーザインターフェースと
を備える、監視デバイス。
【請求項６１】
複数の非一様サンプリングインスタンス中にソースを作動させることと、
前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス間で前記ソースを停止させることと
を備える、信号処理のための方法。
【請求項６２】
前記ソースを作動させることが、前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に１つまたはそれより多い発光ダイオード（ＬＥＤ）をオンにすることを備える、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
各ＬＥＤが、６００ｎｍから１０００ｎｍまでの範囲の波長をもつ光を発する、請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
複数の非一様サンプリングインスタンス中にソースを作動させるように構成された作動回路と、
前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス間で前記ソースを停止させるように構成された停止回路と
を備える、信号処理のための装置。
【請求項６５】
前記ソースが、１つまたはそれより多い発光ダイオード（ＬＥＤ）を備え、前記作動回路が、前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に前記１つまたはそれより多いＬＥＤをオンにするように構成された、請求項６４に記載の装置。
【請求項６６】
各ＬＥＤが、６００ｎｍから１０００ｎｍまでの範囲の波長をもつ光を発する、請求項６５に記載の装置。
【請求項６７】
複数の非一様サンプリングインスタンス中にソースを作動させるための手段と、
前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス間で前記ソースを停止させるための手段と
を備える、信号処理のための装置。
【請求項６８】
前記ソースが、１つまたはそれより多い発光ダイオード（ＬＥＤ）を備え、前記ソースを作動させるための前記手段が、前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に前記１つまたはそれより多いＬＥＤをオンにするための手段を備える、請求項６１に記載の装置。
【請求項６９】
各ＬＥＤが、６００ｎｍから１０００ｎｍまでの範囲の波長をもつ光を発する、請求項６２に記載の装置。
【請求項７０】
複数の非一様サンプリングインスタンス中にソースを作動させることと、
前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス間で前記ソースを停止させることと
を行うように実行可能な命令を備えるコンピュータ可読媒体を備える、信号処理のためのコンピュータプログラム製品。
【請求項７１】
少なくとも複数の非一様サンプリングインスタンス中にソースを作動させるように構成された作動回路と、
前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス中に信号のサンプルを感知するように構成されたセンサと、
少なくとも前記複数の前記非一様サンプリングインスタンス間で前記ソースを停止させるように構成された停止回路と
を備える、感知デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１６Ａ】
【図１７】
【図１８】
【図１８Ａ】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２５Ａ】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２８Ａ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１６Ａ】
【図１７】
【図１８】
【図１８Ａ】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２５Ａ】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２８Ａ】
【公表番号】特表２０１２−５０４０２２（Ｐ２０１２−５０４０２２Ａ）
【公表日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２９２６２（Ｐ２０１１−５２９２６２）
【出願日】平成２１年９月２５日（２００９．９．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５８３８３
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０３６８９４
【国際公開日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【出願人】（５９５０２０６４３）クゥアルコム・インコーポレイテッド (7,166)
【氏名又は名称原語表記】ＱＵＡＬＣＯＭＭ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２５日（２００９．９．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５８３８３
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０３６８９４
【国際公開日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【出願人】（５９５０２０６４３）クゥアルコム・インコーポレイテッド (7,166)
【氏名又は名称原語表記】ＱＵＡＬＣＯＭＭ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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