孫宏宇 魯 錚 香麗蕓

（昌吉學(xué)院計(jì)算機(jī)工程系 新疆 昌吉 831100）

基于信號(hào)特征的感知問題的研究現(xiàn)狀和意義

孫宏宇 魯 錚 香麗蕓

（昌吉學(xué)院計(jì)算機(jī)工程系 新疆 昌吉 831100）

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展，以及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備部署密度的提高，如何利用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生的射頻信號(hào)的傳播特征進(jìn)行信息感知成為信息感知領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。文章圍繞基于射頻信號(hào)的信息感知展開研究，主要工作包括基于信號(hào)特征的信息感知問題研究現(xiàn)狀綜述、研究意義綜述以及研究范圍綜述，旨在為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供參考。

物聯(lián)網(wǎng)；信號(hào)傳播特征；信息感知

1 基于信號(hào)特征的感知問題的研究現(xiàn)狀

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，信息感知在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、個(gè)人健康管理與監(jiān)測(cè)、智能家居等領(lǐng)域都起著越來越重要的作用。信息感知的技術(shù)和方法也呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展趨勢(shì)，例如利用熱像儀、攝像機(jī)、聲納、雷達(dá)系統(tǒng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)方法和手段進(jìn)行信息的獲取和感知。但是透過這些技術(shù)的表象探究事物的本質(zhì)，這些技術(shù)都是通過信號(hào)的傳播原理進(jìn)行事物的感知，其主要區(qū)別在于用于感知事物的信號(hào)的波長和頻率不同。所以，本文根據(jù)波長和頻率的不同將目前的感知技術(shù)劃分為三類：（1）基于紅外線/可見光的感知系統(tǒng)；（2）基于聲波的感知系統(tǒng)；（3）基于射頻信號(hào)的感知系統(tǒng)。基于射頻信號(hào)的感知系統(tǒng)又根據(jù)硬件的不同劃分為兩類：（1）基于特殊硬件，利用雷達(dá)原理進(jìn)行感知的系統(tǒng)；（2）基于現(xiàn)有通信設(shè)備，利用無線信號(hào)的傳播特征進(jìn)行感知的系統(tǒng)。

下面將對(duì)本文所研究的三種感知技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行介紹和分析。

1.1 基于紅外線/可見光的感知問題

本節(jié)介紹了基于紅外線/可見光的感知問題在學(xué)術(shù)界和商業(yè)界的研究現(xiàn)狀，并分別分析它們的優(yōu)缺點(diǎn)。

1.1.1 基于紅外線的感知問題的研究現(xiàn)狀

紅外線是一種電磁波，紅外線的波長范圍在760nm到1mm之間，所以，理論上利用紅外線進(jìn)行信息感知的誤差也是在760nm到1mm之間，能夠滿足日常生活中各類感知問題的精確度要求（例如位置感知、圖像感知、運(yùn)動(dòng)軌跡感知、人體動(dòng)作感知，等）。因此，利用紅外線進(jìn)行信息感知引起了學(xué)術(shù)界和商業(yè)界的重視，相關(guān)學(xué)術(shù)成果和商業(yè)產(chǎn)品在各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。

從橫向角度出發(fā)，利用紅外線進(jìn)行信息感知在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。例如，在工業(yè)領(lǐng)域，文獻(xiàn)[1]利用紅外線對(duì)乙烯氣體進(jìn)行了監(jiān)測(cè)、文獻(xiàn)[2]利用紅外線對(duì)車輛進(jìn)行了檢測(cè)和分類、文獻(xiàn)[3]研究了如何利用紅外線進(jìn)行工業(yè)焊接點(diǎn)的檢測(cè)；在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，文獻(xiàn)[4]研究了如何利用紅外線進(jìn)行食品的檢測(cè)；在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，文獻(xiàn)[5]研究如何利用紅外線進(jìn)行廢水質(zhì)量監(jiān)測(cè)，文獻(xiàn)[6]研究如何利用紅外線對(duì)大氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

從縱向角度出發(fā)，利用紅外線能夠解決信息感知中的若干共性問題。例如，在位置感知領(lǐng)域，文獻(xiàn)[7]探討了如何利用紅外線進(jìn)行二維空間或三維空間的位置感知；在運(yùn)動(dòng)軌跡感知領(lǐng)域，文獻(xiàn)[8-10]探討了如何利用紅外線跟蹤人/物體的運(yùn)動(dòng)軌跡；在人體動(dòng)作感知領(lǐng)域，文獻(xiàn)[10]探討了如何利用紅外線反射信號(hào)的變化情況預(yù)測(cè)不同的人體動(dòng)作情況。

1.1.2 基于可見光的感知問題的研究現(xiàn)狀

可見光是一種電磁波，可見光的波長范圍在390nm—760nm之間，所以，理論上利用可見光進(jìn)行信息感知的誤差也是納米級(jí)。利用可見光的信息感知具有較高的分辨率，例如日常生活使用的照相機(jī)、攝像機(jī)等，都是基于可見光的感知系統(tǒng)?；诳梢姽獾母兄到y(tǒng)的高精確度特征使在感知領(lǐng)域的應(yīng)用也十分廣泛。文獻(xiàn)[11]研究了利用可見光進(jìn)行環(huán)境感知的可行性，文獻(xiàn)[12]提出如何利用可見光進(jìn)行輔助靜態(tài)位置感知；文獻(xiàn)[13]提出如何利用可見光進(jìn)行人體動(dòng)作識(shí)別和感知。

1.1.3 基于紅外線/可見光的感知系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)分析

綜上所述，基于紅外線/可見光的感知系統(tǒng)具有分辨率高、精確度高的顯著優(yōu)勢(shì)。理論上，其感知的精確度在納米/毫米級(jí)以上，能夠滿足大部分日常生活中的信息感知對(duì)精確度的要求。但是基于紅外線/可見光的感知系統(tǒng)至少有三個(gè)顯著缺點(diǎn)：（1）需要特殊的硬件，例如紅外傳感器、LED等硬件設(shè)備；（2）不能識(shí)別具有遮擋物的人/物，由于紅外線/可見光的波長較短，衍射能力差，所以基于紅外線/可見光的感知系統(tǒng)只能識(shí)別LoS（Line-of-Sight）路徑上的人/物，而不能識(shí)別NLoS（None Line-of-Sight）路徑上的物體；（3）識(shí)別距離較短，大概為3m—5m左右，嚴(yán)重限制了信息感知范圍。

1.2 基于聲波的感知問題

本節(jié)將介紹基于聲波的感知問題在學(xué)術(shù)界和商業(yè)界的研究現(xiàn)狀，并對(duì)這類工作進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)分析。

1.2.1 基于聲波感知問題的研究現(xiàn)狀

聲波是一種機(jī)械波，聲波根據(jù)波長的不同分為次聲波、可聞波、超聲波三類，其波長范圍在0.017m—17m范圍內(nèi)變換，理論上，基于聲波的感知系統(tǒng)的誤差和所使用的聲波波長具有相同的數(shù)量級(jí)。所以，雖然基于聲波的感知系統(tǒng)在精確度上不占明顯優(yōu)勢(shì)，但是聲波的衍射能力較強(qiáng)，感知范圍較大。所以，在一些精度要求不高的應(yīng)用場(chǎng)景中，基于聲波的感知系統(tǒng)也得到了較為廣泛的應(yīng)用。

文獻(xiàn)[14]綜述了利用聲波進(jìn)行信息感知的原理；文獻(xiàn)[15]研究了如何利用聲波進(jìn)行位置感知；文獻(xiàn)[16]利用聲波進(jìn)行了人體動(dòng)作識(shí)別和感知。

1.2.2 基于聲波的感知系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)分析

綜上所述，由于聲波具有較好的衍射性，在水下和透地感知領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)勢(shì)，理論上，其感知精確度與波長在同一數(shù)量級(jí)上，根據(jù)聲波波長的不同，精確度在幾厘米到幾米不等。所以，基于聲波的感知系統(tǒng)至少有兩個(gè)顯著缺點(diǎn)：（1）需要特殊硬件，例如麥克風(fēng)陣列；（2）信息感知精確度受聲波波長的影響。

1.3 基于通信設(shè)備信號(hào)的感知問題

射頻信號(hào)（又稱無線電信號(hào)）是一種電磁波，其頻率范圍較大，射頻信號(hào)波長范圍從0.1mm到105km不等。由于信息感知的精確度和信號(hào)的波長成正比，所以目前用于進(jìn)行信息感知的射頻信號(hào)一般是指厘米波（3GHz—30GHz）、毫米波（30GHz—300GHz）以及更高頻的亞毫米波（300GHz—3000GHz）。所以本文以下部分提到的基于射頻信號(hào)的感知問題是指射頻信號(hào)部分的厘米波、毫米波或者亞毫米波。

由于厘米波/毫米波/亞毫米波的波長介于聲波和紅外線/可見光之間，所以基于射頻信號(hào)的信息感知問題在一定程度上能夠繼承上述兩者的優(yōu)點(diǎn)，弱化上述兩者的缺點(diǎn)，在眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)使用技術(shù)的不同，目前，基于射頻信號(hào)的信息感知方法主要?jiǎng)澐譃閮深悾夯谔厥庥布O(shè)備，利用雷達(dá)原理進(jìn)行信息感知的相關(guān)研究；基于現(xiàn)有通信設(shè)備，利用無線信息傳播特征的信息感知問題相關(guān)研究。其發(fā)展現(xiàn)狀分別簡述如下。

（1）基于特殊硬件設(shè)備：利用雷達(dá)原理的感知問題研究現(xiàn)狀

基于雷達(dá)原理的射頻信號(hào)感知系統(tǒng)主要是利用SAR（Synthepic Aperture Radar）、PAR（Phased Array Radar）等技術(shù)進(jìn)行位置感知、圖像感知，運(yùn)動(dòng)軌跡感知和人體動(dòng)作感知等。例如文獻(xiàn)[17-19]利用雷達(dá)原理進(jìn)行了靜態(tài)位置感知；文獻(xiàn)[20-22]利用了雷達(dá)原理進(jìn)行圖像感知；文獻(xiàn)[23-26]利用雷達(dá)原理進(jìn)行了人體動(dòng)作感知。

（2）基于現(xiàn)有通信設(shè)備、利用無線信號(hào)傳播特征的感知問題研究現(xiàn)狀

基于現(xiàn)有通信系統(tǒng)的感知系統(tǒng)主要是利用現(xiàn)有的射頻通信網(wǎng)絡(luò)（例如Wi-Fi、LTE、ZigBee、BLE以及其他物聯(lián)網(wǎng)通信設(shè)備和協(xié)議）進(jìn)行信息感知，其主要原理是利用無線信號(hào)在環(huán)境中的傳播特征反向推測(cè)和判斷傳播環(huán)境中的信息。

綜合紅外線/可見光/聲學(xué)/雷達(dá)等感知系統(tǒng)可知，傳統(tǒng)的感知系統(tǒng)是專用的空間信息感知工具。而基于通信系統(tǒng)的感知問題不僅可以進(jìn)行空間信息的感知，也可以進(jìn)行頻域維度的信息感知。進(jìn)行空間的信息感知能夠提高通信系統(tǒng)的增值業(yè)務(wù)能力，而進(jìn)行頻域維度的感知能夠提高通信系統(tǒng)本身的傳輸性能。

另外，由于基于通信系統(tǒng)的感知能夠具有以下特征:可以利用現(xiàn)有硬件、成本較低、易于部署、易于普及等，在近年來引起了研究者和商業(yè)界的廣泛關(guān)注。在空間信息感知領(lǐng)域，文獻(xiàn)[27][28]研究了如何利用現(xiàn)有通信系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)位置感知；文獻(xiàn)[29]研究如何利用現(xiàn)有通信系統(tǒng)感知環(huán)境中的聲音；文獻(xiàn)[30]研究如何利用現(xiàn)有通信系統(tǒng)進(jìn)行傳播環(huán)境的圖像感知。

1.4 現(xiàn)有技術(shù)方法優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)和本文的切入點(diǎn)

綜上所述，基于現(xiàn)有技術(shù)的感知問題優(yōu)缺點(diǎn)分析如表1所示，各感知技術(shù)存在的優(yōu)勢(shì)用紅色字體標(biāo)出，由表1可知，基于現(xiàn)有通信系統(tǒng)信號(hào)傳播特征的感知系統(tǒng)具有顯著的優(yōu)勢(shì)。在理論上，基于現(xiàn)有通信系統(tǒng)的感知精確度至少能夠達(dá)到厘米級(jí)，能夠適應(yīng)大多數(shù)的應(yīng)用需求；現(xiàn)有通信系統(tǒng)射頻信號(hào)的衍射能力使得信息感知的距離適中；另外，基于現(xiàn)有通信系統(tǒng)的感知問題能夠覆蓋LoS和NLoS路徑上被感知事件。不需要額外的特殊硬件支持，易于部署和推廣。所以，基于通信系統(tǒng)信號(hào)傳播特征的感知系統(tǒng)在近年來受到廣大研究者和商業(yè)界的重視。

所以，本文主要研究如何在現(xiàn)有通信系統(tǒng)下，基于信號(hào)的傳播特征進(jìn)行空間維度和頻域維度的信息感知。第2節(jié)詳細(xì)闡述了基于現(xiàn)有通信系統(tǒng)進(jìn)行信息感知的意義；第3節(jié)詳細(xì)闡述了基于現(xiàn)有通信系統(tǒng)進(jìn)行信息感知的主要研究范圍和學(xué)科內(nèi)的關(guān)注重點(diǎn)。

表1 現(xiàn)有感知技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

2 基于現(xiàn)有通信系統(tǒng)無線信號(hào)傳播特征的感知問題的研究意義

根據(jù)上一節(jié)的分析可知，傳統(tǒng)的感知系統(tǒng)重點(diǎn)關(guān)注空間維度的信息感知（例如位置、空間結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)軌跡，人體動(dòng)作，等）。而利用現(xiàn)有的通信設(shè)備和無線信息的傳播特征既能進(jìn)行傳統(tǒng)的空間維度信息感知，也能進(jìn)行頻域維度的信息感知。其中，空間信息感知是提高通信系統(tǒng)增值業(yè)務(wù)的重要基礎(chǔ)；頻域維度的信息感知是提高通信系統(tǒng)自身的頻譜利用率的重要基礎(chǔ)。所以研究移動(dòng)通信系統(tǒng)下的感知問題是提高網(wǎng)絡(luò)自身性能和網(wǎng)絡(luò)增值業(yè)務(wù)性能的重要途徑之一，具有重大的理論意義和實(shí)踐意義。

2.1 理論意義

在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，信息傳播的載體（無線信號(hào)）由三個(gè)維度組成：時(shí)間維度（例如周期）、空間維度（例如振幅和相位）、頻域維度（例如載波頻率）。所以，理論上，根據(jù)無線信號(hào)的傳播特征可以反向感知這三個(gè)維度的信息，通常，時(shí)間維度是空間維度和頻域維度信息的更新和擴(kuò)展。所以，通信系統(tǒng)下的感知問題主要?jiǎng)澐譃榭臻g維度的信息感知和頻域維度的信息感知兩類（更詳細(xì)的劃分見第3節(jié)）。而空間維度的信息感知是提升通信系統(tǒng)增值業(yè)務(wù)能力的基礎(chǔ)；頻域維度的信息感知是提升通信系統(tǒng)自身頻譜利用率的基礎(chǔ)。

提升通信系統(tǒng)增值業(yè)務(wù)能力：利用現(xiàn)有通信設(shè)備和射頻信號(hào)傳播特征可以獲取無線信號(hào)傳播環(huán)境中的空間信息，主要包括空間中物體、其他通信設(shè)備以及人的位置信息、結(jié)構(gòu)信息、行動(dòng)軌跡信息以及人體動(dòng)作信息等。這些信息是提高通信系統(tǒng)增值業(yè)務(wù)能力的重要基礎(chǔ)。所以，對(duì)通信系統(tǒng)中空間信息感知的研究具有重要理論意義。

提升網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自身的性能：利用現(xiàn)有通信設(shè)備和射頻信號(hào)傳播特征可以獲取無線信號(hào)傳播過程中的頻域信息，例如異構(gòu)通信設(shè)備之間的頻譜占用情況等，這些信息是提高通信網(wǎng)絡(luò)頻譜利用率的重要基礎(chǔ)。所以，對(duì)通信系統(tǒng)中頻域信息感知的研究具有重要理論意義。

綜上所述，通信系統(tǒng)下的感知問題能夠同時(shí)提升通信系統(tǒng)增值業(yè)務(wù)能力和通信系統(tǒng)自身的性能，具有重要的理論意義。

2.2 實(shí)踐意義

與傳統(tǒng)的感知系統(tǒng)相比，對(duì)通信系統(tǒng)下的感知問題研究的實(shí)踐意義表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

降低感知系統(tǒng)的成本：基于無線信號(hào)傳播特征的感知系統(tǒng)可以利用任何現(xiàn)有無線通信技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行信息感知。例如Wi-Fi路由器、蜂窩網(wǎng)絡(luò)、ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)、BLE網(wǎng)絡(luò)等。所以，基于通信網(wǎng)絡(luò)的感知問題不需要額外的硬件，可以大幅度地降低信息感知和獲取的成本，在實(shí)際的開發(fā)和應(yīng)用中具有重要意義。

提高頻譜的利用率：頻域信息的感知能夠直接異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的頻譜利用率；空間信息的獲取也能夠在不影響現(xiàn)有通信的基礎(chǔ)上獲取更多的信息，從而間接地提高頻譜的利用率。隨著移動(dòng)設(shè)備和流量的不斷增長，頻譜資源成為世界上稀缺資源之一，所以高效的頻譜利用率在實(shí)際的開發(fā)和應(yīng)用中具有重要的意義。

降低推廣難度：由于基于通信網(wǎng)絡(luò)的感知系統(tǒng)不需要額外的硬件，所開發(fā)的軟件系統(tǒng)可以安裝在PC、手機(jī)、平板、可穿戴設(shè)備上。目前，這些設(shè)備的普及度較高，所以從用戶角度來說易于操作和培訓(xùn)，使得推廣難度降低。

催生更多應(yīng)用的發(fā)展：通信系統(tǒng)下的感知問題的研究可以推進(jìn)相關(guān)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，例如人機(jī)交互（HCI）、健康情況跟蹤與監(jiān)控以及智能家居等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3 基于無線信號(hào)傳播特征的感知問題的研究范圍

在通信系統(tǒng)下，感知問題的主要研究目標(biāo)是如何利用現(xiàn)有的通信設(shè)備進(jìn)行高精度、低成本的信息獲取（例如位置、結(jié)構(gòu)、軌跡、動(dòng)作、頻譜分配情況等）。根據(jù)日常應(yīng)用的需求，目前通信系統(tǒng)下感知問題主要涉及的維度包括：（1）空間維度的信息感知；（2）頻域維度的信息感知。考慮空間維度、頻域維度信息隨著時(shí)間維度的變化情況，空間維度的信息感知又可以劃分為靜態(tài)空間信息感知和動(dòng)態(tài)空間信息感知兩類；頻域維度的信息感知也可以劃分為靜態(tài)頻譜感知和動(dòng)態(tài)頻譜感知兩類。其關(guān)系如圖1所示。

圖1 通信系統(tǒng)下感知問題的研究范疇

由圖1可知，從信息獲取維度層面出發(fā)，在理論上可以把信息感知問題劃分為四大類，分別是靜態(tài)空間信息感知問題、動(dòng)態(tài)空間信息感知問題、靜態(tài)頻譜感知問題以及動(dòng)態(tài)頻譜感知問題。這四類感知問題又根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的不同演化為若干種類（如圖1所示），其詳細(xì)介紹如下：

（1）靜態(tài)空間感知問題：該問題假設(shè)空間信息不隨時(shí)間維度顯著變化，在空間信息獲取的過程中可以不考慮時(shí)間的變化對(duì)空間信息的影響。目前，比較基礎(chǔ)的靜態(tài)空間感知問題包括靜態(tài)位置感知（Location Sensing）和環(huán)境圖像重構(gòu)（Image Sensing）兩類。其中，環(huán)境圖像重構(gòu)（Im?age Sensing）是靜態(tài)位置感知在空間域的擴(kuò)展。所以，靜態(tài)位置感知是靜態(tài)空間感知問題的核心，如何利用環(huán)境中部署的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的信號(hào)傳播關(guān)系確定節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)部署位置是環(huán)境感知領(lǐng)域重要的研究問題之一。

（2）動(dòng)態(tài)空間感知問題：該問題假設(shè)空間信息隨著時(shí)間維度顯著變化，在解決問題的過程中必須考慮時(shí)間的變化對(duì)空間信息的影響情況。目前，比較基礎(chǔ)的動(dòng)態(tài)空間感知問題包括運(yùn)動(dòng)軌跡感知（Tracking）和人體動(dòng)作感知（Gesture Sensing）兩類。其中，運(yùn)動(dòng)軌跡感知問題是靜態(tài)位置感知問題在時(shí)間維度的擴(kuò)展，目前已經(jīng)具有多種性能良好的解決方案。但是，通信系統(tǒng)下人體動(dòng)作感知問題是目前國內(nèi)外學(xué)者和研究人員公認(rèn)的具有挑戰(zhàn)性的研究問題，目前仍然存留很多開放性問題有待研究，所以，如何利用信號(hào)的傳播特征進(jìn)行動(dòng)作感知是數(shù)學(xué)界的開發(fā)性研究問題，目前基于信號(hào)傳播特征的動(dòng)作感知問題主要包括如何利用粗粒度的信號(hào)特征進(jìn)行細(xì)粒度的動(dòng)作感知、如何同時(shí)感知多人的動(dòng)作、如何在占空比較低的條件下精確的識(shí)別人體動(dòng)作。

（3）靜態(tài)頻譜感知問題：該問題假設(shè)頻譜的使用情況不隨時(shí)間的變化顯著變化，通信節(jié)點(diǎn)進(jìn)行頻譜感知和獲取的過程中不需要隨著時(shí)間的變化而調(diào)整（例如目前的路由器信息獲取方法）。目前，根據(jù)通信系統(tǒng)頻譜管理方案的現(xiàn)狀，靜態(tài)頻譜感知問題主要?jiǎng)澐譃榇至６阮l譜感知問題（例如信道級(jí)別的頻譜感知）和細(xì)粒度頻譜感知問題（例如子載波級(jí)別的頻譜感知問題）。目前，基于信道級(jí)別的頻譜感知問題已經(jīng)具有多種良好的解決方案，并且已經(jīng)形成規(guī)范的國際化標(biāo)準(zhǔn)。但是，子載波級(jí)別的頻譜感知問題能夠進(jìn)一步提高通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能，是頻域感知問題中的關(guān)鍵問題，所以，當(dāng)前，如何進(jìn)行子載波級(jí)別的干擾感知是學(xué)術(shù)界的重點(diǎn)研究問題，主要包括如何進(jìn)行靜態(tài)子載波的干擾感知、動(dòng)態(tài)子載波的干擾感知等開放性研究問題。

（4）動(dòng)態(tài)頻譜感知問題：該問題假設(shè)頻譜的使用情況隨著時(shí)間的變化而變化，在通信節(jié)點(diǎn)部署比較稠密的情況下，動(dòng)態(tài)頻譜感知能夠?qū)崟r(shí)地提高整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的性能。目前動(dòng)態(tài)頻譜感知主要研究信道的動(dòng)態(tài)分配問題。包括單一網(wǎng)絡(luò)的信道分配問題和交叉網(wǎng)絡(luò)的頻譜感知問題，單一網(wǎng)絡(luò)的頻譜感知問題是指競爭頻譜資源的節(jié)點(diǎn)類型單一，例如WiFi網(wǎng)絡(luò)、LTE網(wǎng)絡(luò)、ZigBee網(wǎng)絡(luò)、BLE網(wǎng)絡(luò)的頻譜感知問題；交叉網(wǎng)絡(luò)的頻譜感知問題是指競爭頻譜資源的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)協(xié)議不同，例如WiFi和LTE在5GHz頻段的共存問題，WiFi和ZigBee在2.4GHz頻段的共存問題，等。

4 總結(jié)

本文綜述了目前基于信號(hào)特征的信息感知問題的研究現(xiàn)狀、研究意義以及研究范圍。首先，按照信號(hào)波長的不同，目前基于信號(hào)的信息感知問題主要分為基于紅外線/可見光的感知問題、基于聲波的感知問題、基于通信設(shè)備信號(hào)的感知問題，本文對(duì)這些感知問題的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析；其次，本文分別從理論和實(shí)踐兩個(gè)方面分析了基于信號(hào)特征的意義；最后，本文分析了基于通信系統(tǒng)的無線信號(hào)的研究范圍，主要包括靜態(tài)空間信息感知和動(dòng)態(tài)空間信息感知兩個(gè)部分。本文的綜述研究能夠?yàn)橥I(lǐng)域的研究提供一定的參考。

［1］M.De Biasio,R.Leitner,C.Krall,and M.Krivec,“Ethylene Gas Sensing Using Non-Dispersive Infrared Spectros?copy,”pp.5–7,2016.

［2］E.Oudat,M.Mousa,and C.Claudel,“Vehicle Detection and Classification Using Passive Infrared Sensing,”2015 IEEE 12th Int.Conf.Mob.Ad Hoc Sens.Syst.,pp.443–444,2015.

［3］H.Fan,N.K.Ravala,H.C.Wikle,and B.A.Chin,“Low-cost infrared sensing system for monitoring the welding process in the presence of plate inclination angle,”J.Mater.Process.Technol.,vol.140,no.1–3 SPEC.,pp.668–675,2003.

［4］H.Büning-Pfaue,“Analysis of water in food by near infrared spectroscopy,”Food Chem.,vol.82,no.1,pp.107–115,2003.

［5］K.Michelet al.,“Monitoring of pollutant in waste water by infrared spectroscopy using chalcogenide glass optical fi?bers,”Sensors Actuators,B Chem.,vol.101,no.1–2,pp.252–259,2004.

［6］C.Clerbauxet al.,“Monitoring of atmospheric composition using the thermal infrared IASI/MetOp sounder,”At?mos.Chem.Phys.,vol.9,no.16,pp.6041–6054,2009.

［7］J.Kwak,B.C.Ko,and J.Y.Nam,“Ferns Learning in Far-Infrared Imagery for Safe Driving at Night,”vol.18,no.1,pp.69–81,2017.

［8］R.Decker,A.Shademan,J.Opfermann,S.Leonard,P.Kim,and A.Krieger,“A Biocompatible Near-Infrared 3D Tracking System,”IEEE Trans.Biomed.Eng.,vol.9294,no.c,pp.1–1,2017.

［9］Z.Fang,F.Zeng,J.Jiang,Q.Ouyang,and B.Hu,“Design and Experiment of A Compact Tracking Mirror for Du?al-band Infrared Remote Sensing,”pp.271–275,2016.

［10］D.Ionescu,V.Suse,C.Gadea,B.Solomon,B.Ionescu,and S.Islam,“An infrared-based depth camera for gesturebased control of virtual environments,”2013 IEEE Int.Conf.Comput.Intell.Virtual Environ.Meas.Syst.Appl.CIVEMSA 2013-Proc.,pp.13–18,2013.

［11］C.Zhang,J.Tabor,J.Zhang,and X.Zhang,“Extending Mobile Interaction Through Near-Field Visible Light Sensing,”Proc.21st Annu.Int.Conf.Mob.Comput.Netw.-MobiCom’15,pp.345–357,2015.

［12］S.-H.Yang,E.-M.Jung,and S.-K.Han,“Indoor Location Estimation Based on LED Visible Light Communica?tion Using Multiple Optical Receivers,”IEEE Commun.Lett.,vol.17,no.9,pp.1834–1837,2013.

［13］T.Li,C.An,Z.Tian,A.T.Campbell,and X.Zhou,“Human Sensing Using Visible Light Communication,”Proc.21st Annu.Int.Conf.Mob.Comput.Netw.-MobiCom’15,pp.331–344,2015.

［14］A..Han,Y..Yang,P..Hui,and Z..Zhao,“Acoustic signal acquisition system based on wireless sensor networks and compressed sensing theory,”World Autom.Congr.Proc.,2012.

［15］H.Yanget al.,“Smartphone-Based Indoor Localization System Using Inertial Sensor and Acoustic Transmitter/Re?ceiver,”IEEE Sens.J.,vol.16,no.22,pp.8051–8061,2016.

［16］W.Wang,A.X.Liu,and K.Sun,“Device-free gesture tracking using acoustic signals,”Proc.22nd Annu.Int.Conf.Mob.Comput.Netw.-MobiCom’16,pp.82–94,2016.

［17］J.Yan,H.Liu,W.Pu,B.Jiu,Z.Liu,and Z.Bao,“Benefit Analysis of Data Fusion for Target Tracking in Multiple Radar System,”IEEE Sens.J.,vol.16,no.16,pp.6359–6366,2016.

［18］J.Yan,H.Liu,W.Pu,and Z.Bao,“Decentralized 3-D Target Tracking in Asynchronous 2-D Radar Network :Algorithm and,”vol.17,no.3,pp.823–833,2017.

［19］F.Soldovieri,G.Gennarelli,I.Catapano,D.Liao,and T.Dogaru,“Forward-Looking Radar Imaging:A Compari?son of Two Data Processing Strategies,”IEEE J.Sel.Top.Appl.Earth Obs.Remote Sens.,vol.10,no.2,pp.562–571,2017.

［20］T.Tseng,J.Wun,W.Chen,S.Peng,J.Shi,and C.Sun,“imaging system based on a few-cycle W-band photonic millimeter-wave pulse generator,”vol.21,no.12,pp.10416–10423,2013.

［21］Q.Pan,F.Yang,L.Xu,H.Geng,and Y.Liang,“Joint estimation of target state and ionospheric height bias in over-the-horizon radar target tracking,”IET Radar,Sonar Navig.,vol.10,no.7,pp.1153–1167,2016.

［22］K.Li,X.Chen,and G.Zhou,“Maneuvering target tracking in constraint coordinates with radar measurements,”2016 IEEE Radar Conf.RadarConf 2016,pp.0–5,2016.

［23］T.Fanet al.,“Wireless Hand Gesture Recognition Based on Continuous-Wave Doppler Radar Sensors,”IEEE Trans.Microw.Theory Tech.,vol.64,no.11,pp.4012–4020,2016.

［24］Y.-C.Chiu,F.-K.Wang,Y.-R.Chou,and T.-S.Horng,“Wearable Doppler Radar Health Monitor with Ges?ture Control.”pp.6–8.

［25］P.Molchanov,S.Gupta,K.Kim,and K.Pulli,“Short-range FMCW monopulse radar for hand-gesture sensing,”IEEE Natl.Radar Conf.-Proc.,vol.2015–June,no.June,pp.1491–1496,2015.

［26］F.K.Wang,M.C.Tang,Y.C.Chiu,and T.S.Horng.“Gesture Sensing Using Retransmitted Wireless Communi?cation Signals Based on Doppler Radar Technology,”IEEE Trans.Microw.Theory Tech.,vol.63,no.12,pp.4592–4602,2015.

［27］M.Kotaru,K.Joshi,D.Bharadia,and S.Katti,“SpotFi :Decimeter Level Localization Using WiFi,”Sigcomm 2015,pp.269–282,2015.

［28］S.Kumar,S.Gil,D.Katabi,and D.Rus,“Accurate indoor localization with zero start-up cost,”inProceedings of the 20th annual international conference on Mobile computing and networking-MobiCom’14,2014：.483–494.

［29］G.Wang,Y.Zou,Z.Zhou,K.Wu,and L.Ni,“We Can Hear You with Wi-Fi!,”IEEE Trans.Mob.Comput.,pp.1–1,2016.

［30］J.Chan,C.Zheng,and X.Zhou,“3D Printing Your Wireless Coverage,”inProceedings of the 2nd International Workshop on Hot Topics in Wireless-HotWireless’15,2015：1–5.

TP3

A

1671-6469（2017）-06-0119-08

2017-09-02

新疆維吾爾自治區(qū)重點(diǎn)專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目：“計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)（云計(jì)算）”；新疆維吾爾自治區(qū)普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項(xiàng)目：綜合改革項(xiàng)目“昌吉學(xué)院—中興通訊ICT應(yīng)用型人才培養(yǎng)機(jī)制研究”（2017JG117）階段性研究成果。

孫宏宇（1986-），女，吉林長春人，昌吉學(xué)院計(jì)算機(jī)工程系教師、博士，研究方向：無線網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)計(jì)算。