JP2010035060A - チャネル予測システム、無線通信装置およびチャネル予測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＯＦＤＭ方式を採用する無線通信システムにおいてチャネル予測を実行する場合に、予測チャネル情報を得るための処理負荷の増大を抑制しつつ、チャネル予測精度をさらに改善したチャネル予測システムを提供する。
【解決手段】チャネル予測システム１００は、推定チャネル情報補正部１０３を有する。推定チャネル情報補正部１０３は、チャネル推定部１０２が所定の時間間隔で計算した推定チャネル情報を間引くことによって、チャネル予測に使用される推定チャネル情報の数を減少させる減少処理を実行し、ＦＦＴウィンドウの設定位置と、当該設定位置の基準位置との時間差に応じて、減少処理後の推定チャネル情報を補正する。チャネル予測部１０４は、推定チャネル情報補正部１０３によって補正された推定チャネル情報を使用して、チャネル予測を実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直交周波数分割方式を採用する無線通信システムに用いられるチャネル予測システム、無線通信装置およびチャネル予測方法に関する。

直交周波数分割（ＯＦＤＭ）方式を採用する無線通信システムでは、受信側は、送信側から受信した無線信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）することにより周波数領域の信号（以下、「周波数領域信号」）に変換する。その際、受信側は、受信した無線信号に基づき同期を確立し、同期を確立した結果に応じて、ＦＦＴの対象となる信号区間（有効シンボル区間）を抽出する時間窓（ＦＦＴウィンドウ）を設定する。

また、無線通信システムにおいて送受信される無線信号の状態（振幅や位相など）は、無線伝搬路の特性（以下、「伝搬路特性」）に応じて変化する。このような伝搬路特性の変化に適応した通信制御（以下、「適応通信制御」）を実現可能とするために、送信側と受信側との間の伝搬路特性を示す推定チャネル情報を定期的に計算するチャネル推定が広く用いられている（特許文献１参照）。

近年では、チャネル推定を発展させた技術であるチャネル予測の提供が検討されている。チャネル予測では、チャネル推定により得られた推定チャネル情報を用いて、未来、具体的には送信側が次に無線信号を送信するタイミングにおける推定チャネル情報の予測値である予測チャネル情報が計算される。チャネル予測では、より過去の推定チャネル情報を使用することで、伝搬路特性の変動傾向を正確に把握可能となり、チャネル予測精度がさらに改善する。
特開２００４−３２０６７７号公報

ＯＦＤＭ方式を採用する無線通信システムでは、受信側は、ＦＦＴにより得られた周波数領域信号から推定チャネル情報を計算する。しかし、ＦＦＴウィンドウと有効シンボル区間とに誤差が生じる場合、周波数領域信号において位相回転が生じ、正確な推定チャネル情報を得ることができない。このため、ＦＦＴウィンドウの設定位置に応じて推定チャネル情報を補正する手法が提案されている（特許文献１の［要約］など）。

しかしながら、より過去の推定チャネル情報を使用する場合、より多くの推定チャネル情報がチャネル予測に使用されるため、予測チャネル情報を得るための処理負荷、具体的には、補正処理およびチャネル予測の両方に要する処理負荷が増大する問題があった。

そこで、本発明は、ＯＦＤＭ方式を採用する無線通信システムにおいてチャネル予測を実行する場合に、予測チャネル情報を得るための処理負荷の増大を抑制しつつ、チャネル予測精度をさらに改善したチャネル予測システム、無線通信装置およびチャネル予測方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有している。まず、本発明の第１の特徴は、直交周波数分割方式に従った無線信号（ＯＦＤＭ信号）を送信する送信側（送信機１０）と、前記送信側から受信した前記無線信号を周波数領域信号に変換する受信側（受信機２０）との間の伝搬路特性を示す推定チャネル情報を、前記周波数領域信号に基づき所定の時間間隔で計算する計算部（チャネル推定部１０２）と、前記推定チャネル情報を複数使用して、未来における前記推定チャネル情報の予測値である予測チャネル情報を計算するチャネル予測を実行する予測部（チャネル予測部１０４）とを有するチャネル予測システム（チャネル予測システム１００）であって、前記計算部が前記所定の時間間隔で計算した前記推定チャネル情報を間引くことによって、前記チャネル予測に使用される前記推定チャネル情報の数を減少させる減少処理を実行する減少処理部（推定チャネル情報補正部１０３）と、前記周波数領域信号への変換対象となる信号区間を前記受信側が受信した前記無線信号から抽出する時間窓の設定位置と、前記設定位置の基準位置との時間差に応じて、前記減少処理後の前記推定チャネル情報を補正する補正部（推定チャネル情報補正部１０３）とを備え、前記予測部は、前記補正部によって補正された前記推定チャネル情報を使用して、前記チャネル予測を実行することを要旨とする。

このような特徴によれば、減少処理部は、チャネル予測に使用される推定チャネル情報の数を減少させる減少処理を実行する。補正部は、減少処理後の推定チャネル情報を補正する。そして、予測部は、補正部によって補正された推定チャネル情報を使用してチャネル予測を実行する。したがって、予測チャネル情報を得るための処理負荷の増大を抑制しつつ、チャネル予測精度を改善できる。

また、減少処理部は、計算部が所定の時間間隔で計算された推定チャネル情報を間引くことによって上記減少処理を実行するため、より過去の推定チャネル情報を使用しながらも、チャネル予測に使用される推定チャネル情報の数を減少させることができる。このため、予測チャネル情報を得るための処理負荷の増大を抑制しつつ、チャネル予測精度をさらに改善できる。

本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記予測部は、前記受信側に設けられ、前記補正部は、前記送信側において複数のアンテナ（送信アンテナＴ＃１〜Ｔ＃ｎ）を用いて前記無線信号を送信するマルチアンテナ送信が実行され、かつ、前記受信側から前記送信側に向けて前記予測チャネル情報に基づく値のフィードバックが実行される場合、前記推定チャネル情報を補正することを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記予測部は、前記送信側に設けられ、前記補正部は、前記送信側において複数のアンテナを用いて前記無線信号を送信するマルチアンテナ送信が実行され、かつ、前記受信側から前記送信側に向けて前記推定チャネル情報に基づく値のフィードバックが実行される場合、前記推定チャネル情報を補正し、前記補正部によって補正された前記推定チャネル情報について前記フィードバックが実行されることを要旨とする。

本発明の第４の特徴は、本発明の第２または第３の特徴に係り、前記補正部は、前記マルチアンテナ送信が実行され、かつ、前記フィードバックが中止された後に前記フィードバックが再開する際（例えば、前記フィードバックが中止された後に前記フィードバックの再開に備えて、前記予測部において前記予測チャネル情報の計算に用いられる予測フィルタ係数の計算が開始された場合）、前記推定チャネル情報を補正することを要旨とする。

本発明の第５の特徴は、本発明の第１〜第４のいずれか一つの特徴に係り、前記予測部は、前記推定チャネル情報に基づいて前記予測チャネル情報の計算に用いられる予測フィルタ係数を計算するとともに、前記予測フィルタ係数を用いた前記チャネル予測を実行し、前記チャネル予測システムは、前記時間差が閾値を超えたか否かを判定し、前記時間差が前記閾値を超えたと判定した場合に、前記推定チャネル情報と、前記予測部が前記推定チャネル情報に基づいて計算した値とを初期化する予測制御部（予測制御部１０５）をさらに備え、前記予測部は、前記予測制御部による初期化が実行された場合、前記計算部によって新たに計算された前記推定チャネル情報に基づいて前記予測フィルタ係数を改めて計算し、改めて計算した前記予測フィルタ係数を用いた前記チャネル予測を実行することを要旨とする。

本発明の第６の特徴は、直交周波数分割方式に従った無線信号（ＯＦＤＭ信号）を送信する送信側（送信機１０）と、前記送信側から受信した前記無線信号を周波数領域信号に変換する受信側（受信機２０）との間の伝搬路特性を示す推定チャネル情報を、前記周波数領域信号に基づき所定の時間間隔で計算する計算部と、前記推定チャネル情報を複数使用して、未来における前記推定チャネル情報の予測値である予測チャネル情報を計算するチャネル予測を実行する予測部とを有する無線通信装置（受信機２０）であって、前記計算部が前記所定の時間間隔で計算した前記推定チャネル情報を間引くことによって、前記チャネル予測に使用される前記推定チャネル情報の数を減少させる減少処理を実行する減少処理部（推定チャネル情報補正部１０３）と、前記周波数領域信号への変換対象となる信号区間を前記受信側が受信した前記無線信号から抽出する時間窓の設定位置と、前記設定位置の基準位置との時間差に応じて、前記減少処理後の前記推定チャネル情報を補正する補正部（推定チャネル情報補正部１０３）とを備え、前記予測部は、前記補正部によって補正された前記推定チャネル情報を使用して、前記チャネル予測を実行することを要旨とする。

本発明の第７の特徴は、直交周波数分割方式に従った無線信号（ＯＦＤＭ信号）を送信する送信側と、前記送信側から受信した前記無線信号を周波数領域信号に変換する受信側との間の伝搬路特性を示す推定チャネル情報を、前記周波数領域信号に基づき所定の時間間隔で計算するステップ（ステップＳ１０２）と、前記推定チャネル情報を複数使用して、未来における前記推定チャネル情報の予測値である予測チャネル情報を計算するチャネル予測を実行するステップ（ステップＳ１０６）とを有するチャネル予測方法であって、前記計算するステップにおいて前記所定の時間間隔で計算された前記推定チャネル情報を間引くことによって、前記チャネル予測に使用される前記推定チャネル情報の数を減少させる減少処理を実行するステップ（ステップＳ１０３）と、前記周波数領域信号への変換対象となる信号区間を前記受信側が受信した前記無線信号から抽出する時間窓の設定位置と、前記設定位置の基準位置との時間差に応じて、前記減少処理後の前記推定チャネル情報を補正するステップ（ステップＳ１０４）とを備え、前記チャネル予測を実行するステップでは、前記補正するステップによって補正された前記推定チャネル情報を使用して、前記チャネル予測を実行することを要旨とする。

本発明によれば、ＯＦＤＭ方式を採用する無線通信システムにおいてチャネル予測を実行する場合に、予測チャネル情報を得るための処理負荷の増大を抑制しつつ、チャネル予測精度をさらに改善したチャネル予測システム、無線通信装置およびチャネル予測方法を提供できる。

次に、図面を参照して、本発明の第１実施形態および第２実施形態を説明する。以下の第１実施形態および第２実施形態における図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。

［第１実施形態］
第１実施形態では、（１）無線通信システムの構成、（２）フィードバック情報の一例、（３）補正処理の詳細、（４）チャネル予測システムの動作、（５）作用・効果について説明する。

（１）無線通信システムの構成
図１は、第１実施形態に係る無線通信システム１の構成を示すブロック図である。無線通信システム１は、無線伝搬路３を介して、ＯＦＤＭ方式に従った無線通信を実行する送信機１０および受信機２０を有する。

送信機１０は無線基地局又は無線端末のいずれか一方に設けられ、受信機２０は残る一方に設けられる。第１実施形態では、送信機１０が無線基地局に設けられ、受信機２０が無線端末に設けられるものとする。また、受信機２０側（無線端末）の移動、あるいは送信機１０と受信機２０と間に存在する散乱体の移動などにより、無線伝搬路３の特性（伝搬路特性）が変動している場合を想定する。

送信機１０は複数の送信アンテナＴ＃１〜Ｔ＃ｎを有し、受信機２０は複数の受信アンテナＲ＃１〜Ｒ＃ｍを有する（ｎ≧２，ｍ≧２）。すなわち、無線通信システム１は、多入力多出力（ＭＩＭＯ）無線通信システムである。

送信機１０は、送信アンテナＴ＃１〜Ｔ＃ｎを介して、同一の周波数帯を用いる複数の通信ストリームを同時に送信できる。受信機２０は、受信アンテナＲ＃１〜Ｒ＃ｍを介して複数の通信ストリームを受信し、各通信ストリームに分離できる。

受信機２０は、送信機１０からの通信ストリームを分析し、送信機１０におけるマルチアンテナ送信などを適応的に制御するためのフィードバック情報を送信機１０にフィードバックする。受信機２０から送信機１０へフィードバック情報をフィードバックするＭＩＭＯ通信システムは、「閉ループ方式」のＭＩＭＯ通信システムと呼ばれる。

送信機１０は、送信アンテナＴ＃１〜Ｔ＃ｎに加え、適応送信処理部１１を有する。適応送信処理部１１は、受信機２０からフィードバックされるフィードバック情報に基づき、周波数利用効率を向上させるための適応通信制御（例えば、適応変調、送信電力制御、または送信ウェイト制御など）を実行する。

適応送信処理部１１は、送信データを逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）し、さらに、送信シンボルの一部をコピーしたガードインターバルを生成することによってＯＦＤＭ信号を生成する。ＯＦＤＭ信号は、ガードインターバルと、有効シンボル区間（送信シンボル）とを用いて構成される。

送信機１０は、無線伝搬路３を介して、生成したＯＦＤＭ信号を受信機２０に送信する。受信機２０は、無線伝搬路３を介して、送信機１０によって送信されたＯＦＤＭ信号を受信する。なお、送信機１０が送信するＯＦＤＭ信号には、タイミング同期用のプリアンブル信号、およびチャネル推定用の既知信号などが含まれる。

受信機２０は、受信アンテナＲ＃１〜Ｒ＃ｍに加え、受信処理部２１およびチャネル予測システム１００を有する。受信処理部２１は、受信アンテナＲ＃１〜Ｒ＃ｍが受信したＯＦＤＭ信号の受信処理（具体的には、ＦＦＴや、通信ストリームの分離、等化処理など）を実行する。このような受信処理により、受信機２０は、受信したＯＦＤＭ信号から受信データを生成する。

チャネル予測システム１００は、上述したチャネル推定およびチャネル予測を実行する。具体的には、チャネル予測システム１００は、処理遅延時間先（すなわち、送信機１０が次にＯＦＤＭ信号を送信するタイミング）における推定チャネル情報の予測値である予測チャネル情報を計算し、計算した予測チャネル情報に基づく値をフィードバック情報として生成する。

チャネル推定により得られる推定チャネル情報のタイミングと、送信機１０が実際にＯＦＤＭ信号を送信するタイミングとの間には、フィードバックなどによる処理遅延が存在する。チャネル予測により、処理遅延時間先の予測チャネル情報に基づくフィードバック情報をフィードバックすることにより、適応通信制御が適切に機能する。フィードバック情報の詳細については後述する。

チャネル予測システム１００は、タイミング同期部１０１、チャネル推定部１０２、推定チャネル情報補正部１０３、およびチャネル予測部１０４を有する。

タイミング同期部１０１は、ＯＦＤＭ信号に含まれるプリアンブルに基づき通信フレーム単位でタイミング同期を行い、時間軸上におけるＦＦＴウィンドウの設定位置を決定する。基本的には、タイミング同期部１０１は、先行波の通信フレーム単位でタイミング同期を行うが、遅延波の通信フレーム単位でタイミング同期を行うこともある。なお、プリアンブルは、例えば通信フレームの先頭に配置され、受信機２０において既知のシンボルである。

タイミング同期部１０１は、通信フレーム単位で同期信号を受信処理部２１に供給する。これにより、受信処理部２１は、有効シンボル区間にＦＦＴウィンドウを合わせることができる。タイミング同期部１０１が生成する同期信号は、推定チャネル情報補正部１０３にも供給される。

チャネル推定部１０２は、チャネル推定を実行する。具体的には、チャネル推定部１０２は、ＯＦＤＭ信号に含まれる既知信号と、予め記憶している参照信号とを比較し、比較結果に基づいて、伝搬路特性を示す推定チャネル情報を定期的に計算する。すなわち、第１実施形態においてチャネル推定部１０２は、推定チャネル情報を所定の時間間隔で計算する計算部を構成する。

なお、既知信号は、例えば周波数領域および時間領域に分散して配置される。参照信号は、既知信号と同等の信号系列である。チャネル推定部１０２が生成する推定チャネル情報は、推定チャネル情報補正部１０３に供給される。また、推定チャネル情報は受信処理部２１にも供給され、受信処理部２１における受信処理（等化処理など）に使用される。ここで、受信処理部２１に供給される推定チャネル情報は、推定チャネル情報補正部１０３を経由しない。

推定チャネル情報補正部１０３は、チャネル推定部１０２が所定の時間間隔で計算した推定チャネル情報を間引き、チャネル予測に使用される推定チャネル情報の数を減少させる。例えば、推定チャネル情報補正部１０３は、推定チャネル情報のレート（サンプリングレート）を１／ｎにする。以下、このような処理を「減少処理」と称する。第１実施形態において推定チャネル情報補正部１０３は、減少処理を実行する減少処理部を構成する。

さらに、推定チャネル情報補正部１０３は、タイミング同期部１０１からの同期信号に基づき、推定チャネル情報を補正する。すなわち、第１実施形態において推定チャネル情報補正部１０３は、ＦＦＴウィンドウの設定位置と、当該設定位置の基準位置との時間差に応じて、減少処理後の推定チャネル情報を補正する。第１実施形態において推定チャネル情報補正部１０３は、減少処理後の推定チャネル情報を補正する補正部を構成する。このような補正処理の詳細については後述する。

チャネル予測部１０４は、チャネル予測を実行する。具体的には、チャネル予測部１０４は、推定チャネル情報補正部１０３によって補正された推定チャネル情報を複数使用して、未来における推定チャネル情報の予測値である予測チャネル情報を計算する。第１実施形態では、チャネル予測部１０４は、過去の複数の推定チャネル情報から予測チャネル情報を線形予測する。つまり、チャネル予測部１０４は、伝搬路特性（あるいは推定チャネル情報）の変動傾向に従った予測チャネル情報を計算する。

チャネル予測部１０４は、例えばＭＭＳＥ規範に基づいて、新たな推定チャネル情報と、当該新たな推定チャネル情報と同タイミングについて計算した予測チャネル情報との差を表す予測誤差（二乗誤差）を最小化する予測フィルタ係数を計算する。そして、チャネル予測部１０４は、計算した予測フィルタ係数を用いて、当該新たな推定チャネル情報から、新たな予測チャネル情報を求める。さらに、チャネル予測部１０４は、計算した予測チャネル情報に基づき、フィードバック情報を生成し、生成したフィードバック情報を無線伝搬路３を介して送信機１０にフィードバックする。

（２）フィードバック情報の一例
次に、チャネル予測部１０４によって生成されるフィードバック情報の一例について説明する。

フィードバック情報は、例えば、“ＰＭＩ (Precoding Matrix Indicator)”および“ＣＱＩ (Channel Quality Indicator)”などによって構成される。ＰＭＩは、送信機１０における送信アンテナ重みを制御する制御情報である。ＣＱＩは、送信機１０における送信電力や、変調方式、符号化率などを制御するための受信品質情報である。

ここで、ＣＱＩについて詳細に説明する。ＯＦＤＭシステムにおける周波数利用効率を改善するために、サブキャリア毎の伝搬路特性に応じた適応変調および送信電力制御などを行うことが検討されている。周波数選択性フェージング環境の場合、図２に示すように、いくつかのサブキャリアでは受信電力の落ち込みが生じる。そこで、受信電力が落ち込んでいるサブキャリアには送信ビットの割り当てを少なくし、受信電力の大きいサブキャリアには多く割り当てるなどによって、周波数利用効率が改善される。

このような適応通信制御を実現するために、チャネル予測システム１００は、連続する複数のサブキャリアおよび複数のＯＦＤＭシンボルからなるサブバンドセットに対する予測チャネル情報からＣＱＩを計算し、計算したＣＱＩを送信機１０へフィードバックする。これにより、送信機１０は、伝搬路特性が良好な場合には高い変調方式および符号化率を適用し、伝搬路特性が悪い時には低い変調方式および符号化率を適用する。

（３）補正処理の詳細
次に、図３を用いて、推定チャネル情報補正部１０３によって実行される補正処理の詳細について説明する。

チャネル予測部１０４が実行するチャネル予測では、複数の推定チャネル情報から予測チャネル情報を計算するため、これら複数の推定チャネル情報の間には連続性が保たれている必要がある。

一方で、タイミング同期部１０１は、先行波の有効シンボル区間にＦＦＴウィンドウを設定するようなタイミング同期を周期的に行う。しかしながら、例えば受信機２０側（無線端末）が移動することによって、先行波の受信レベルが落ち込むと、タイミング同期部１０１により、遅延波にＦＦＴウィンドウが合わされる可能性がある。

タイミング同期部１０１によってＦＦＴウィンドウの設定位置が変更された場合、周波数軸上の推定チャネル情報において線形な位相回転が生じる。すなわち、ＦＦＴウィンドウの設定位置が基準位置から変更されると、その時間差に応じた傾きの直線位相成分が推定チャネル情報に加わってしまい、サブキャリア周波数に応じた位相回転が生じる。ＤＣサブキャリアに対する周波数差が小さいサブキャリアであれば、その位相回転量は小さいが、広帯域なＯＦＤＭシステムの場合、周波数差の大きいサブキャリアにおいて大きな位相回転を生じる。そのような受信シンボルから計算された推定チャネル情報では、過去の推定チャネル情報との間に位相の不連続性が生じ、過去の複数の推定チャネル情報に基づくチャネル予測の精度が劣化してしまう。

このような位相回転量は、サブキャリア間隔とＦＦＴウィンドウ設定位置の調整量(時間差)から決まる。したがって、推定チャネル情報補正部１０３は、サブキャリア間隔および時間差に応じて推定チャネル情報を補正することで、過去の推定チャネル情報間で連続性を維持する。

具体的には、通信を開始した時点、またはチャネル予測用のチャネル推定を開始した時点のＦＦＴウィンドウ設定位置を基準（理想的には、先行波の有効シンボル部分に設定）とする時刻tの伝搬路特性（推定チャネル情報）は、

と表される。ここでωは、ＤＣサブキャリアとの周波数差である。基準位置からＦＦＴウィンドウ設定位置がτずれた場合には、e^-jωτの位相回転成分が加わり、

と表される。推定チャネル情報補正部１０３は、基準位置に対するＦＦＴウィンドウ設定位置の時間差τに従って、位相回転成分の逆成分e^jωτを推定チャネル情報に乗算することで、推定チャネル情報の補正を行う。

（４）チャネル予測システムの動作
図４は、第１実施形態に係るチャネル予測システム１００の動作を示すフローチャートである。

ステップＳ１０１において、タイミング同期部１０１は、ＯＦＤＭ信号に含まれるプリアンブルに基づいて通信フレーム単位でタイミング同期を行い、時間軸上におけるＦＦＴウィンドウの設定位置を決定する。

なお、受信処理部２１は、タイミング同期部１０１によるタイミング同期の結果に応じて、ＦＦＴウィンドウを設定する。さらに、受信処理部２１は、ＦＦＴウィンドウによって抽出した有効シンボル区間に対してＦＦＴを実行し、周波数領域の信号に変換する。

ステップＳ１０２において、チャネル推定部１０２は、ＦＦＴによってサブキャリアシンボルに変換された周波数領域信号に対して、各サブキャリアシンボルのチャネル推定を行う。この結果、複数の推定チャネル情報が得られる。

ステップＳ１０３において、推定チャネル情報補正部１０３は、減少処理部を実行する。すなわち、推定チャネル情報補正部１０３は、チャネル推定部１０２が計算した複数の推定チャネル情報を間引くことによって、チャネル予測に使用される推定チャネル情報の数を減少させる。

ステップＳ１０４において、推定チャネル情報補正部１０３は、タイミング同期部１０１からの同期信号に基づき、推定チャネル情報を補正する。具体的には、推定チャネル情報補正部１０３は、上記の（３）補正処理の詳細において説明した手順で推定チャネル情報を補正する。

ステップＳ１０５において、チャネル予測部１０４は、推定チャネル情報補正部１０３によって補正された推定チャネル情報を複数使用して、予測チャネル情報を得るための予測フィルタ係数を計算する。上記のように、予測フィルタ係数は、過去の推定チャネル情報をトレーニング情報として、ＭＭＳＥ規範に基づいて計算される。ステップＳ１０６において、チャネル予測部１０４は、ステップＳ１０５において得られた予測フィルタ係数を用いて予測チャネル情報を得る。

例えば、チャネル予測部１０４は、サブキャリア番号kにおいて、過去P個の推定チャネル情報からチャネル予測を行う場合、次式のように時刻tのチャネル情報を予測する。

ω_kはサブキャリア番号kの周波数であり、d_jは予測フィルタ係数であり、Tはチャネル推定周期（チャネル推定間隔）である。

さらに、チャネル予測部１０４は、ステップＳ１０６において得られた予測チャネル情報からフィードバック情報を生成し、生成したフィードバック情報を送信機１０にフィードバックする。

送信機１０の適応送信処理部１１は、フィードバック情報に基づき、変調方式、符号化率、送信ウェイト制御などを行う。例えば、適応送信処理部１１は、ＳＮＲに対して周波数利用効率が最大となる変調方式および符号化率を定義したテーブルを保持しており、推定チャネル情報の絶対値の２乗から受信機２０側のＳＮＲを計算し、計算したＳＮＲに対応する対応する変調方式および符号化率を選択する。

（５）作用・効果
以上説明したように、第１実施形態によれば、推定チャネル情報補正部１０３は、チャネル予測に使用される推定チャネル情報の数を減少させる減少処理を実行し、減少処理後の推定チャネル情報を補正する。そして、チャネル予測部１０４は、推定チャネル情報補正部１０３によって補正された推定チャネル情報を使用してチャネル予測を実行する。したがって、予測チャネル情報を得るための処理負荷の増大を抑制しつつ、チャネル予測精度を改善できる。

また、推定チャネル情報補正部１０３は、チャネル推定部１０２が所定の時間間隔で計算された推定チャネル情報を間引くことによって上記減少処理を実行するため、より過去の推定チャネル情報を使用しながら、チャネル予測に使用される推定チャネル情報の数を減少させることができる。このため、予測チャネル情報を得るための処理負荷の増大を抑制しつつ、チャネル予測精度をさらに改善できる。

したがって、第１実施形態によれば、受信機２０側（無線端末）の移動によってＦＦＴウィンドウの設定位置が変更されるような環境においても、その変更量に基づき推定チャネル情報を補正することで、高い精度のチャネル予測が実現される。

また、第１実施形態によれば、推定チャネル情報補正部１０３は、チャネル予測に使用される推定チャネル情報についてのみ補正を行い、受信処理に使用する推定チャネル情報の補正を行わないため、受信処理部２１は、推定チャネル情報の補正処理を待つことなく、受信処理を開始できる。

［第２実施形態］
上述したチャネル予測における線形予測手法は、反射・散乱波の放射・到来方向、受信機２０側（無線端末）の移動速度、および伝搬路特性の変動の自己相関特性などが、実際の無線伝搬路３における変化と比較して、非常にゆっくり変化するものとみなしている。

しかしながら、実際の無線通信環境では、例えば無線基地局および無線端末が見通し環境にいるような状況から、道路を曲がることによってビルの陰に入ったりすると、反射・散乱波の放射・到来方向は大きく変化する。この場合、見通し環境時に計算された予測フィルタ係数は不適切なものになってしまい、予測性能が著しく劣化する。

さらに、ＲＬＳ（Recursive Least Square）アルゴリズムなどでは、過去の推定チャネル情報から得られた値を重み付けしながら予測フィルタ係数を計算しているため、急激な無線通信環境の変化が起きた場合に、過去の推定チャネル情報から得られた値に引きずられてしまい、新たな予測フィルタ係数を最適化するまでに長時間を要する。

なお、ＲＬＳアルゴリズムに基づいて予測フィルタ係数を計算される場合、以下の式のようになる。

は推定チャネル情報であり、Pは予測フィルタのタップ数である。

は予測フィルタ係数であり、αは重み付け係数（忘却係数）である。なお、重み付け係数を１より小さい適切な値に設定すれば、時間的により新しい推定チャネル情報が重視されることになり、無線通信環境の変化に追従した予測フィルタ係数の計算が可能となる。

は相関行列の逆行列である。

第２実施形態では、急激な無線通信環境の変化が起きた場合に、過去の関係のなくなった推定チャネル情報から得られた相関行列などを初期化し、より早く新たな無線通信環境に最適化された予測フィルタ係数を得ることを可能にする。

第２実施形態では、（１）チャネル予測システムの構成、（２）チャネル予測システムの動作、（３）作用・効果について説明する。ただし、第１実施形態と同様の構成および動作については、重複する説明を省略する。

（１）チャネル予測システムの構成
図５は、第２実施形態に係るチャネル予測システム１００を含む無線通信システム１の構成を示すブロック図である。図５に示すように、第２実施形態に係るチャネル予測システム１００は、予測制御部１０５を有している点において第１実施形態と異なる。

予測制御部１０５は、ある閾値以上ＦＦＴウィンドウ設定位置が基準位置から変更された場合、過去の推定チャネル情報、および、チャネル予測部１０４が過去の推定チャネル情報を用いて計算した値（相関行列の逆行列、および予測フィルタ係数など）を初期化する。

具体的には、予測制御部１０５は、上記の時間差τ（タイミング変化）が閾値を超えたか否かを判定し、時間差τが閾値を超えたと判定した場合に、上記初期化を実行する。あるいは、予測制御部１０５は、前回のＦＦＴウィンドウ設定位置を基準位置として、当該基準位置と今回のＦＦＴウィンドウ設定位置との時間差を閾値と比較してもよい。

チャネル予測部１０４は、予測制御部１０５による初期化が実行された場合、チャネル推定部１０２によって新たに計算された推定チャネル情報に基づいて予測フィルタ係数を改めて計算し、改めて計算した予測フィルタ係数を用いたチャネル予測を実行する。

これにより、無線通信環境が急激に変化する前の推定チャネル情報および予測フィルタ係数などの影響をうけることなく、変化後の無線通信環境に最適化された予測フィルタ係数に向けて計算を進めることができる。

（２）チャネル予測システムの動作
図６は、第２実施形態に係るチャネル予測システム１００の動作を示すフローチャートである。なお、ステップＳ２０１およびステップＳ２０２以外の処理は第１実施形態と同様であるため、ここではステップＳ２０１およびステップＳ２０２の処理について説明する。

ステップＳ２０１において、予測制御部１０５は、上記の時間差（タイミング変化）が閾値を超えたか否かを判定する。時間差（タイミング変化）が閾値を超えた場合には処理がステップＳ２０２に進み、閾値を超えていない場合には処理がステップＳ１０２に進む。

ステップＳ２０２において、予測制御部１０５は、過去の推定チャネル情報、および、チャネル予測部１０４が過去の推定チャネル情報を用いて計算した値を初期化する。

（３）作用・効果
第２実施形態によれば、予測制御部１０５が初期化を実行するため、ある程度の数の推定チャネル情報が得られるまでは、精度の低い予測フィルタ係数しか計算されないが、過去の情報に引きずられないため、より早く最適な予測フィルタ係数に収束させることができる。これにより、急激な無線通信環境の変化が起きた場合でも、チャネル予測精度が劣化している時間を短縮できる。

［その他の実施形態］
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例および運用技術が明らかとなる。

例えば、上述した実施形態では、送信機１０が無線基地局に設けられ、受信機２０が無線端末に設けられると説明したが、送信機１０が無線端末に設けられ、受信機２０が無線基地局に設けられてもよい。また、チャネル予測システム１００が受信機２０に設けられていたが、チャネル予測システム１００の少なくとも一部（例えば、チャネル予測部１０４など）を送信機１０に設けてもよい。

上述した実施形態では、閉ループ方式によるＭＩＭＯ通信システムについて説明したが、時分割多重（ＴＤＤ）方式が採用される場合などにおいて伝搬路の可逆性を利用し、送信側においてチャネル推定およびチャネル予測を実行できる。このため、フィードバックを用いない開ループ方式によるＭＩＭＯ通信方式に本発明を適用可能である。

ただし、閉ループ方式によるＭＩＭＯ通信システムでは、フィードバックに起因して処理遅延時間が長くなるため、推定チャネル情報補正部１０３の機能が特に有効となる。したがって、閉ループ方式に対してのみ推定チャネル情報補正部１０３を動作させ、開ループ方式に対しては推定チャネル情報補正部１０３を動作させないとしてもよい。これにより、処理負荷を軽減できる。

さらに、閉ループ方式時において十分な性能が得られず、開ループ方式に切り替える場合には、推定チャネル情報補正部１０３の動作を停止させてもよい。そして、開ループ方式から閉ループ方式に戻した場合、あるいは、開ループ方式から閉ループ方式に戻そうとする一定時間前に、推定チャネル情報補正部１０３の動作を再開させてもよい。このような制御により、処理負荷の軽減を図りつつ、チャネル予測精度の向上が特に必要であるときに、推定チャネル情報補正部１０３を動作させることができる。

上述した実施形態では、送信機１０および受信機２０の両方が複数のアンテナを有するＭＩＭＯ通信システムについて説明したが、受信機２０が１つのアンテナのみを有する多入力１出力（ＭＩＳＯ）通信システムに対しても本発明を適用可能である。

このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

第１実施形態に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。 周波数選択性フェージング環境を説明するための図である。 第１実施形態に係る推定チャネル情報補正部によって実行される補正処理を説明するための図である。 第１実施形態に係るチャネル予測システムの動作を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係るチャネル予測システムの動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１…無線通信システム、３…無線伝搬路、１０…送信機、１１…適応送信処理部、２０…受信機、２１…受信処理部、１００…チャネル予測システム、１０１…タイミング同期部、１０２…チャネル推定部、１０３…推定チャネル情報補正部、１０４…チャネル予測部、１０５…予測制御部

Claims (7)

1. 直交周波数分割方式に従った無線信号を送信する送信側と、前記送信側から受信した前記無線信号を周波数領域信号に変換する受信側との間の伝搬路特性を示す推定チャネル情報を、前記周波数領域信号に基づき所定の時間間隔で計算する計算部と、
   前記推定チャネル情報を複数使用して、未来における前記推定チャネル情報の予測値である予測チャネル情報を計算するチャネル予測を実行する予測部と
   を有するチャネル予測システムであって、
   前記計算部が前記所定の時間間隔で計算した前記推定チャネル情報を間引くことによって、前記チャネル予測に使用される前記推定チャネル情報の数を減少させる減少処理を実行する減少処理部と、
   前記周波数領域信号への変換対象となる信号区間を前記受信側が受信した前記無線信号から抽出する時間窓の設定位置と、前記設定位置の基準位置との時間差に応じて、前記減少処理後の前記推定チャネル情報を補正する補正部と
   を備え、
   前記予測部は、前記補正部によって補正された前記推定チャネル情報を使用して、前記チャネル予測を実行するチャネル予測システム。
2. 前記予測部は、前記受信側に設けられ、
   前記補正部は、前記送信側において複数のアンテナを用いて前記無線信号を送信するマルチアンテナ送信が実行され、かつ、前記受信側から前記送信側に向けて前記予測チャネル情報に基づく値のフィードバックが実行される場合、前記推定チャネル情報を補正する請求項１に記載のチャネル予測システム。
3. 前記予測部は、前記送信側に設けられ、
   前記補正部は、前記送信側において複数のアンテナを用いて前記無線信号を送信するマルチアンテナ送信が実行され、かつ、前記受信側から前記送信側に向けて前記推定チャネル情報に基づく値のフィードバックが実行される場合、前記推定チャネル情報を補正し、
   前記補正部によって補正された前記推定チャネル情報について前記フィードバックが実行される請求項１に記載のチャネル予測システム。
4. 前記補正部は、前記マルチアンテナ送信が実行され、かつ、前記フィードバックが中止された後に前記フィードバックが再開する際、前記推定チャネル情報を補正する請求項２または３に記載のチャネル予測システム。
5. 前記予測部は、前記推定チャネル情報に基づいて前記予測チャネル情報の計算に用いられる予測フィルタ係数を計算するとともに、前記予測フィルタ係数を用いた前記チャネル予測を実行し、
   前記チャネル予測システムは、前記時間差が閾値を超えたか否かを判定し、前記時間差が前記閾値を超えたと判定した場合に、前記推定チャネル情報と、前記予測部が前記推定チャネル情報に基づいて計算した値とを初期化する予測制御部をさらに備え、
   前記予測部は、前記予測制御部による初期化が実行された場合、前記計算部によって新たに計算された前記推定チャネル情報に基づいて前記予測フィルタ係数を改めて計算し、改めて計算した前記予測フィルタ係数を用いた前記チャネル予測を実行する請求項１〜４のいずれか一項に記載のチャネル予測システム。
6. 直交周波数分割方式に従った無線信号を送信する送信側と、前記送信側から受信した前記無線信号を周波数領域信号に変換する受信側との間の伝搬路特性を示す推定チャネル情報を、前記周波数領域信号に基づき所定の時間間隔で計算する計算部と、
   前記推定チャネル情報を複数使用して、未来における前記推定チャネル情報の予測値である予測チャネル情報を計算するチャネル予測を実行する予測部と
   を有する無線通信装置であって、
   前記計算部が前記所定の時間間隔で計算した前記推定チャネル情報を間引くことによって、前記チャネル予測に使用される前記推定チャネル情報の数を減少させる減少処理を実行する減少処理部と、
   前記周波数領域信号への変換対象となる信号区間を前記受信側が受信した前記無線信号から抽出する時間窓の設定位置と、前記設定位置の基準位置との時間差に応じて、前記減少処理後の前記推定チャネル情報を補正する補正部と
   を備え、
   前記予測部は、前記補正部によって補正された前記推定チャネル情報を使用して、前記チャネル予測を実行する無線通信装置。
7. 直交周波数分割方式に従った無線信号を送信する送信側と、前記送信側から受信した前記無線信号を周波数領域信号に変換する受信側との間の伝搬路特性を示す推定チャネル情報を、前記周波数領域信号に基づき所定の時間間隔で計算するステップと、
   前記推定チャネル情報を複数使用して、未来における前記推定チャネル情報の予測値である予測チャネル情報を計算するチャネル予測を実行するステップと
   を有するチャネル予測方法であって、
   前記計算するステップにおいて前記所定の時間間隔で計算された前記推定チャネル情報を間引くことによって、前記チャネル予測に使用される前記推定チャネル情報の数を減少させる減少処理を実行するステップと、
   前記周波数領域信号への変換対象となる信号区間を前記受信側が受信した前記無線信号から抽出する時間窓の設定位置と、前記設定位置の基準位置との時間差に応じて、前記減少処理後の前記推定チャネル情報を補正するステップと
   を備え、
   前記チャネル予測を実行するステップでは、前記補正するステップによって補正された前記推定チャネル情報を使用して、前記チャネル予測を実行するチャネル予測方法。

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