JP2023044758A - 無線通信装置および適応変調方法 - Google Patents

Abstract

【課題】受信局による回線品質の情報の送信頻度を増加させることなく適切な変調方式の選択を行う。【解決手段】無線通信装置１は、通信端末９から送信される通信端末９における受信時刻と回線品質との組み合わせデータに基づいて通信端末９への送信時に使用する変調方式を選択する。【選択図】図１

Description

この発明は、無線通信装置および適応変調方法に関し、伝搬環境に基づいて変調方式を切り替える適応変調方式を利用する衛星通信に用いられて好適な技術に関する。

無線通信システムでは、周波数利用効率の向上のため、伝搬環境に基づいて変調方式を切り替える適応変調方式が利用されている。適応変調方式では、一般的に受信局（例えば、無線端末）が受信した電波に基づいて回線品質を計算し、前記回線品質の計算結果を送信局（例えば、人工衛星や基地局）へとフィードバックし、送信局はフィードバックされた回線品質の計算結果に基づいて変調方式を選択する。このような方式で、伝搬環境に適した変調方式への変更を行う。

適応変調方式を利用する通信装置として、受信される信号に基づいて回線の品質の変化方向を検出する回線品質変化方向検出手段と、回線品質変化方向検出手段により検出される回線の品質の変化方向が良好化方向である場合には変化後より前における回線の品質に基づいて信号送信に用いる変調方式を決定する変調方式決定手段と、を備える通信装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２００５－０１２６８４号公報

ところで、従来の適応変調方式では受信局から送信局へと回線品質の計算結果をフィードバックしているところ、フィードバックされた回線品質の計算結果は所定時間前の回線品質の状況であり、受信局が信号を受信した時刻（言い換えると、回線／伝搬路における通信状況が前記回線品質の計算結果のとおりであった時刻）と送信局が実際に変調方式を切り替える時刻との間には遅延時間がある。遅延時間の原因は種々考えられ、例えば、衛星通信システムの場合は衛星を介して通信を行うため、変調方式の選択に利用する情報信号の伝送遅延が大きい。また、変調方式の選択に利用する情報を受信局が送信局へと送信するためのリターンリンクはＴＤＭ（Ｔime Ｄivision Ｍultiplexing の略；時分割多重化）方式であることが多いため、リターンリンクの遅延時間はばらついて安定しない。これらが原因となり、変調方式の判断基準となる情報に一定でない遅延時間が生じる。受信局が信号を受信した時刻（言い換えると、回線／伝搬路における通信状況が前記回線品質の計算結果のとおりであった時刻）と送信局が実際に変調方式を切り替える時刻との間の遅延時間（「適応変調制御ループの遅延」とも呼ぶ）のため、変調方式の判断基準となる回線品質の計算結果と実際に変調方式を切り替える時の現実の回線品質との差違が生じ、伝搬環境に大きな変化が発生すると特に、適切な変調方式の選択を行ことができない、という問題点があり、延いては伝送効率が低減する、という問題がある。

また、特許文献１のような手法では、変調方式の判断基準となる回線品質の情報の取得頻度は、伝搬環境の変化の発生頻度に対して十分に細かい必要がある。すなわち、情報を密に取得する必要があり、受信局が回線品質の情報を送信しなければならない頻度が多くなる。このため、受信局が移動機である場合に特に、バッテリーを消耗して稼働時間が短くなる、という問題がある。

そこでこの発明は、受信局による回線品質の情報の送信頻度を増加させることなく適切な変調方式の選択を行うことが可能な、無線通信装置および適応変調方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明に係る無線通信装置は、通信相手の装置との間で適応変調方式を利用して無線通信を行う無線通信装置であり、前記通信相手の装置から送信される前記通信相手の装置における受信時刻と回線品質との組み合わせデータに基づいて前記通信相手の装置への送信時に使用する変調方式を選択する変調方式制御部を有する、ことを特徴とする。

この発明に係る無線通信装置は、前記変調方式制御部が、実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における受信時刻よりも前の時間帯における回線品質の変動傾きを用いて、前記実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における前記受信時刻よりも後の当該無線通信装置における処理時刻における回線の品質を推定する回線品質計算部を備える、ようにしてもよい。

この発明に係る無線通信装置は、前記変調方式制御部が、当該無線通信装置と前記通信相手の装置との間で行われた過去の通信における、前記通信相手の装置における或る受信時刻よりも前の時間帯における回線品質の変動傾きと前記或る受信時刻よりも後の時間帯における回線品質の変動傾きとの組み合わせのそれぞれが起こる確率の実績値を成分とする行列である遷移確率行列と、実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における受信時刻よりも前の時間帯における回線品質の変動傾きと、に基づいて予測される前記実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における前記受信時刻よりも後の時間帯における回線品質の変動傾きを用いて、前記実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における前記受信時刻よりも後の当該無線通信装置における処理時刻における回線の品質を推定する回線品質計算部を備える、ようにしてもよい。

この発明に係る無線通信装置は、前記変調方式制御部が、実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における受信時刻よりも前の時間帯における回線品質の変動傾きを用いて、前記実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における前記受信時刻よりも後の当該無線通信装置における処理時刻における回線の品質を推定する第１の回線品質計算部と、当該無線通信装置と前記通信相手の装置との間で行われた過去の通信における、前記通信相手の装置における或る受信時刻よりも前の時間帯における回線品質の変動傾きと前記或る受信時刻よりも後の時間帯における回線品質の変動傾きとの組み合わせのそれぞれが起こる確率の実績値を成分とする行列である遷移確率行列と、前記実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における受信時刻よりも前の時間帯における回線品質の変動傾きと、に基づいて予測される前記実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における前記受信時刻よりも後の時間帯における回線品質の変動傾きを用いて、前記実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における前記受信時刻よりも後の当該無線通信装置における処理時刻における回線の品質を推定する第２の回線品質計算部と、前記第１の回線品質計算部によって推定される前記回線の品質と前記第２の回線品質計算部によって推定される前記回線の品質とに基づいて前記変調方式を選択する変調方式選択部と、を備える、ようにしてもよい。

この発明に係る無線通信装置は、前記変調方式制御部が、前記通信相手の装置から送信される前記組み合わせデータを当該無線通信装置が最後に受信した時点から所定の時間を経過した場合に、予め準備されている複数の変調方式のうち最も下位の変調方式を選択する受信停滞対応部を備える、ようにしてもよい。

この発明に係る無線通信装置は、実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における受信時刻よりも前の時間帯における回線品質の変動傾きの絶対値に基づいて前記組み合わせデータの伝送周期を変化させる、ようにしてもよい。

また、この発明に係る適応変調方法は、無線通信装置と通信相手の装置との間で適応変調方式が利用されて行われる無線通信における適応変調方法であり、前記通信相手の装置から送信される前記通信相手の装置における受信時刻と回線品質との組み合わせデータに基づいて、前記無線通信装置が前記通信相手の装置への送信時に使用する変調方式を選択する、ことを特徴とする。

この発明に係る適応変調方法は、前記無線通信装置が、実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における受信時刻よりも前の時間帯における回線品質の変動傾きを用いて、前記実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における前記受信時刻よりも後の当該無線通信装置における処理時刻における回線の品質を推定する、ようにしてもよい。

この発明に係る適応変調方法は、前記無線通信装置が、当該無線通信装置と前記通信相手の装置との間で行われた過去の通信における、前記通信相手の装置における或る受信時刻よりも前の時間帯における回線品質の変動傾きと前記或る受信時刻よりも後の時間帯における回線品質の変動傾きとの組み合わせのそれぞれが起こる確率の実績値を成分とする行列である遷移確率行列と、実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における受信時刻よりも前の時間帯における回線品質の変動傾きと、に基づいて予測される前記実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における前記受信時刻よりも後の時間帯における回線品質の変動傾きを用いて、前記実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における前記受信時刻よりも後の当該無線通信装置における処理時刻における回線の品質を推定する、ようにしてもよい。

この発明に係る無線通信装置や適応変調方法によれば、通信相手の装置から送信される通信相手の装置における受信時刻と回線品質との組み合わせデータに基づいて通信相手の装置への送信時に使用する変調方式を選択するようにしているので、回線品質とともに当該の回線品質が取得された時刻（即ち、通信相手の装置における受信時刻）が考慮されて変調方式が決定されるため、適応変調制御ループの遅延と回線品質の変動傾きとの２つを想定した制御を行うことができ、適切な変調方式の選択を行うことが可能となり、例えば回線の品質を表す指標の値の推定誤差を一律に想定して変調方式を選択する場合と比べて伝送効率が一層高い変調方式を選択することが可能となる。実施の形態に係る無線通信装置１や適応変調方法によれば、また、受信局による回線品質の情報の送信頻度を増加させることなく適切な変調方式の選択を行うことが可能となる。

この発明に係る無線通信装置によれば、通信相手の装置から送信される組み合わせデータを無線通信装置が最後に受信した時点から所定の時間を経過した場合に最も下位の変調方式を選択するようにした場合には、回線／伝搬路における通信状況の推定に用いられるデータが古いために変調方式の判断基準となる回線品質の計算結果と実際に変調方式を切り替える時の現実の回線品質との差違が大きくなる事態を回避することができ、適切とは言えない変調方式を選択する事態を回避することが可能となる。

この発明に係る無線通信装置によれば、回線品質の変動傾きの絶対値に基づいて前記組み合わせデータの伝送周期を変化させるようにした場合には、短時間で大きく変動する伝搬環境の変化に的確に追従して適切な変調方式の選択を行うことが可能となるとともに伝搬環境の変化が緩慢である場合にはトラフィックを低減させたり機器の演算負荷を低減させたりする。

この発明の実施の形態に係る無線通信装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 図１の無線通信装置と通信端末との間における無線通信に纏わる動作タイミングの例を示す図である。 図１の無線通信装置と通信端末との間における無線通信に纏わる動作タイミングの他の例を示す図である。 図１の無線通信装置において用いられる遷移確率行列の例を示す図である。 図１の無線通信装置において用いられる特定伝搬路推定値と変調方式との対応テーブルの例を示す図である。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１は、この発明の実施の形態に係る無線通信装置１の概略構成を示す機能ブロック図である。図２は、実施の形態に係る無線通信装置１と通信相手である通信端末９との間における無線通信に纏わる動作タイミングの例を示す図である。

無線通信装置１は衛星８を介して通信端末９との間で適応変調方式を利用してデジタルの無線通信を行い、無線通信装置１，衛星８，および通信端末９を含む無線通信システムが構成される。なお、無線通信装置１と通信端末９とは、ＧＰＳ（Ｇlobal Ｐositioning Ｓystem の略；全地球測位システム）の時計機能により得られる時刻情報を利用するなどして相互に同期している時刻を利用可能であるとする。

この発明の説明における「変調方式」は、ＢＰＳＫ，ＱＰＳＫ，１６ＱＡＭ，および６４ＱＡＭなどの（狭義の）変調方式／変調多値数と、符号化に纏わるパラメータ（例えば、符号化率，符号長）と、のうちの少なくとも一方を意味する（尚、ＢＰＳＫ：Ｂinary Ｐhase Ｓhift Ｋeying の略。ＱＰＳＫ：Ｑuadrature Ｐhase Ｓhift Ｋeying の略。ＱＡＭ：Ｑuadrature Ａmplitude Ｍodulation の略）。

通信端末９は、無線通信装置１から無線送信されてアンテナを介して受信した無線信号について、増幅および周波数変換や復調などの所定の処理を施して、無線通信装置１から送信される通信データ（即ち、無線通信装置１と通信端末９との間における本来の通信の用に供されるデータ）を取得するとともに、受信シンボルに基づいてフレームごとに回線品質を計算する。

回線品質として用いられる指標は、特定の種類に限定されるものではなく、回線／伝搬路における通信状況の良好／不良の程度を表し得る情報であればどのようなものであってもよい。回線品質として用いられる指標として、例えば、受信レベル［ｄＢ］，搬送波対雑音比（即ち、Ｃ／Ｎ比；Ｃarrier to Ｎoise ratio）［ｄＢ］，およびＲＳＳＩ（Ｒeceived Ｓignal Ｓtrength Ｉndicator の略）が挙げられる。

通信端末９は、例えばフレームごとに計算される回線品質と、当該の回線品質の計算に用いられた無線信号の受信時刻と、の組み合わせデータを生成する。受信時刻Ｔr_nにおいて受信した無線信号に基づいて計算される回線の品質（言い換えると、回線／伝搬路における通信状況の良好／不良の程度）を表す指標の値を「回線品質Ｃtr_n」と表す。添字ｎは、時系列で連続する複数の時点を時系列順に相互に区別するための識別子であり、時系列で前の時点の方が値が小さい連続値として、ｎ＝１，２，３，・・・である。

時刻Ｔt_nは、通信端末９における受信時刻Ｔr_nと回線品質Ｃtr_nとの組み合わせデータを通信端末９が生成して無線通信装置１へと送信する送信時刻である。送信時刻Ｔt_n-1から次の送信時刻Ｔt_nまでの時間長さ（単位：秒）を「周期時間Δｔ」と呼ぶ（即ち、例えば、Δｔ＝Ｔt_n+1－Ｔt_n＝Ｔt_n－Ｔt_n-1）。

通信端末９は、無線通信装置１へと送信する通信データ（即ち、無線通信装置１と通信端末９との間における本来の通信の用に供されるデータ）とともに受信時刻Ｔr_nと回線品質Ｃtr_nとの組み合わせデータをもとに送信フレームを生成し、前記送信フレームの変調や無線信号への変換などの所定の処理を施したうえで、アンテナを介して送信する。

つまり、通信端末９は、周期時間Δｔ間隔で、通信端末９における受信時刻Ｔr_nと回線品質Ｃtr_nとの組み合わせデータを生成して送信する。

無線通信装置１は、衛星８を介して通信端末９との間で適応変調方式を利用してデジタルの無線通信を行うための機序であり、主として、受信部２と、復調部３と、変調方式制御部４と、変調部５と、送信部６と、を有する。

無線通信装置１は、必要に応じて、無線通信装置１を構成する各部の動作を制御する機能を備えて中央処理装置（ＣＰＵ：Ｃentral Ｐrocessing Ｕnit の略）などから構成される制御部や、中央処理装置が変調方式の選択／決定に纏わる演算処理を行う際に生成されるデータや情報などを一時的に記憶などするための作業領域となったり各種の情報，プログラム，およびデータなどを記憶して格納などするための記憶領域となったりする機能を備えてＲＯＭ（Ｒead Ｏnly Ｍemory の略）やＲＡＭ（Ｒandom Ａccess Ｍemory の略）などから構成される記憶部をさらに有するようにしてもよい。

実施の形態に係る無線通信装置１や適応変調方法は、通信端末９から送信される通信端末９における受信時刻と回線品質との組み合わせデータに基づいて通信端末９への送信時に使用する変調方式を選択する、ようにしている。

下記の説明では、通信端末９において受信時刻Ｔr_nに受信した無線信号に基づいて計算されて通信端末９から送信される回線品質Ｃtr_nを用いて無線通信装置１が変調方式の選択／決定に纏わる処理を開始する時刻を「処理時刻Ｔp_n」と表す。処理時刻Ｔp_nは、通信端末９から送信された無線信号を無線通信装置１が受信した時刻でもよい。

また、通信端末９における受信時刻Ｔr_nと無線通信装置１における処理時刻Ｔp_nとの間の時間差（即ち、Ｔp_n－Ｔr_n；具体的には、遅延時間）を「タイムラグＴlag_n」と表す（図２参照）。なお、通信端末９における受信時刻Ｔr_nは通信端末９からの送信時刻Ｔt_nの前であり、したがってタイムラグＴlag_nの始点は（図中では明確にはずらしていないが）通信端末９からの送信時刻Ｔt_nよりも前になる。

受信部２は、通信端末９から無線送信されてアンテナを介して受信した無線信号に対して増幅や周波数変換を行い、変換後の信号を出力する。

復調部３は、受信部２から出力される変換後の信号の入力を受け、前記信号に対して復調などの所定の処理を施して、通信端末９から送信される通信データ（即ち、無線通信装置１と通信端末９との間における本来の通信の用に供されるデータ）を抽出して受信データとして出力するとともに、通信端末９から送信される、通信端末９における受信時刻Ｔr_nと回線品質Ｃtr_nとの組み合わせデータを抽出して出力する。

つまり、無線通信装置１は、原則として（言い換えると、回線／伝搬路における通信状況が良好であれば）、周期時間Δｔ間隔で通信端末９から送信される、通信端末９における受信時刻Ｔr_nと回線品質Ｃtr_nとの組み合わせデータを受信する。ただし、通信端末９から無線通信装置１への無線信号の伝送遅延などが一定ではないので、無線通信装置１で無線信号を受信するタイミング／時間間隔は一定ではなく、したがってタイムラグＴlag_nは一定ではない。

変調方式制御部４は、通信端末９から送信される、通信端末９における受信時刻Ｔr_nと回線品質Ｃtr_nとの組み合わせデータをもとに通信端末９への送信時に適用／使用する変調方式を選択するとともに選択された変調方式への切り替えを制御するための信号を出力するための機序であり、第１の回線品質計算部４１，第２の回線品質計算部４２，変調方式選択部４３，および受信停滞対応部４４を備える。

第１の回線品質計算部４１は、回線品質の変動傾きおよびタイムラグを用いて回線の品質（言い換えると、回線／伝搬路における通信状況の良好／不良の程度）を表す指標の値を推定する。第１の回線品質計算部４１によって推定される値のことを「第１の伝搬路推定値」と呼ぶ。

第１の回線品質計算部４１は、具体的には、下記の数式１に従って第１の伝搬路推定値Ｃ１tp_nを推定する。
（数１） Ｃ１tp_n ＝ Ｃtr_n＋(Ｃtr_n－Ｃtr_n-1)／(Ｔr_n－Ｔr_n-1)×Ｔlag_n
ここに、
Ｃ１tp_n：無線通信装置１における処理時刻Ｔp_nにおける第１の伝搬路推定値
Ｃtr_n ：通信端末９における受信時刻Ｔr_nにおける回線品質
Ｃtr_n-1：通信端末９における受信時刻Ｔr_n-1における回線品質
Ｔlag_n ：通信端末９における受信時刻Ｔr_nと無線通信装置１における処理時刻
Ｔp_nとの間のタイムラグ（Ｔlag_n＝Ｔp_n－Ｔr_n）

上記の数式１のうちの回線品質の変動傾きに相当する「(Ｃtr_n－Ｃtr_n-1)／(Ｔr_n－Ｔr_n-1)」は、通信端末９によって計算されて、通信端末９における受信時刻Ｔr_nと回線品質Ｃtr_nとの組み合わせデータとともに通信端末９から無線通信装置１へと送信されるようにしてもよい。

第１の回線品質計算部４１は、つまり、通信端末９における受信時刻Ｔr_nよりも前の時間帯における回線品質の変動傾きが前記受信時刻Ｔr_nから後の時間帯においても同様に継続すると仮定して前記受信時刻Ｔr_nからタイムラグＴlag_nが経過した時刻（即ち、無線通信装置１における処理時刻Ｔp_n）における回線の品質（具体的には、第１の伝搬路推定値Ｃ１tp_n）を推定する。

第１の回線品質計算部４１は、推定した第１の伝搬路推定値Ｃ１tp_nを出力する。

ここで、第１の回線品質計算部４１は、通信端末９から送信される組み合わせデータを無線通信装置１が最後に受信した時点から予め定められる停滞上限時間が経過する以前に新たな組み合わせデータを受信した場合に、第１の伝搬路推定値Ｃ１tp_nを推定する処理を行う。

一方で、通信端末９から送信される組み合わせデータを無線通信装置１が最後に受信した時点から停滞上限時間が経過する以前に新たな組み合わせデータを受信しない場合は、第１の回線品質計算部４１は、第１の伝搬路推定値Ｃ１tp_nを推定する処理を行わず、停滞上限時間を経過したことを通知する信号を受信停滞対応部４４に対して出力する。この場合、下記の第２の回線品質計算部４２による処理および変調方式選択部４３による処理も行われない。

停滞上限時間は、特定の時間長さ（単位：秒）に限定されるものではなく、例えば回線／伝搬路における通信状況の推定に用いられるデータが古いと変調方式の判断基準となる回線品質の計算結果と実際に変調方式を切り替える時の現実の回線品質との差違が大きくなるおそれがあり延いては適切な変調方式の選択を行ことができないおそれがあることが考慮されるなどしたうえで、適当な時間長さに適宜設定される。停滞上限時間は、例えば、周期時間Δｔの１．５～４倍程度の範囲のうちのいずれかの時間長さに設定される。

なお、図３に示すように、停滞上限時間が周期時間Δｔの２倍よりも長い時間長さに設定されている場合で、無線通信装置１が最後に（言い換えると、直前に）受信した組み合わせデータのうちの通信端末９における受信時刻Ｔr_n-2を基点として周期時間Δｔの２倍の時間が経過した後に新たな組み合わせデータを受信した場合は（図に示す例では、送信時刻Ｔt_n-1に通信端末９から送信された通信端末９における受信時刻Ｔr_n-1と回線品質Ｃtr_n-1との組み合わせデータを受信ロスしている）、第１の回線品質計算部４１は、無線通信装置１が最後に（言い換えると、直前に）受信した組み合わせデータ（図に示す例では、通信端末９における受信時刻Ｔr_n-2と回線品質Ｃtr_n-2との組み合わせデータ）を用いて第１の伝搬路推定値（図に示す例では、Ｃ１tp_n）を推定する処理を行う。

図３に示す例の場合、第１の回線品質計算部４１は、具体的には、下記の数式２に従って第１の伝搬路推定値Ｃ１tp_nを推定する。
（数２） Ｃ１tp_n ＝ Ｃtr_n＋(Ｃtr_n－Ｃtr_n-2)／(Ｔr_n－Ｔr_n-2)×Ｔlag_n
ここに、
Ｃ１tp_n：無線通信装置１における処理時刻Ｔp_nにおける第１の伝搬路推定値
Ｃtr_n ：通信端末９における受信時刻Ｔr_nにおける回線品質
Ｃtr_n-2：通信端末９における受信時刻Ｔr_n-2における回線品質
Ｔlag_n ：通信端末９における受信時刻Ｔr_nと無線通信装置１における処理時刻
Ｔp_nとの間のタイムラグ（Ｔlag_n＝Ｔp_n－Ｔr_n）

なお、図３に示す例では、停滞上限時間が周期時間Δｔの２倍よりも多少長い程度の時間長さに設定されており、送信時刻Ｔt_n-1に通信端末９から送信された受信時刻Ｔr_n-1と回線品質Ｃtr_n-1との組み合わせデータに続けて送信時刻Ｔt_nに通信端末９から送信された受信時刻Ｔr_nと回線品質Ｃtr_nとの組み合わせデータも仮に受信ロスした場合には、通信端末９から送信される組み合わせデータを無線通信装置１が最後に受信した時点から停滞上限時間が経過する以前に新たな組み合わせデータを受信しないこととなり、第１の回線品質計算部４１は、第１の伝搬路推定値Ｃ１tp_nを推定する処理を行わず、停滞上限時間を経過したことを通知する信号を受信停滞対応部４４に対して出力する。そして、下記の第２の回線品質計算部４２による処理および変調方式選択部４３による処理も行われない。

第２の回線品質計算部４２は、前の時間帯における回線品質の変動傾きを算出したうえでタイムラグ後の回線品質の変動傾きをマルコフ過程で推定することによって回線の品質（言い換えると、回線／伝搬路における通信状況の良好／不良の程度）を表す指標の値を推定する。第２の回線品質計算部４２によって推定される値のことを「第２の伝搬路推定値」と呼ぶ。

第２の回線品質計算部４２は、具体的には、下記の数式３に従って第２の伝搬路推定値Ｃ２tp_nを推定する。
（数３） Ｃ２tp_n ＝ Ｃtr_n＋ΔＣtr_n×Ｔlag_n
ここに、
Ｃ２tp_n：無線通信装置１における処理時刻Ｔp_nにおける第２の伝搬路推定値
Ｃtr_n ：通信端末９における受信時刻Ｔr_nにおける回線品質
ΔＣtr_n：通信端末９における受信時刻Ｔr_nから無線通信装置１における処理時刻
Ｔp_nにかけての回線品質の変動傾きの推定値
Ｔlag_n ：通信端末９における受信時刻Ｔr_nと無線通信装置１における処理時刻
Ｔp_nとの間のタイムラグ（Ｔlag_n＝Ｔp_n－Ｔr_n）

上記の数式３のうち、回線品質の変動傾きの推定値ΔＣtr_nは、遷移確率行列Ｔが用いられて計算される。

遷移確率行列Ｔは、図４に示すように、通信端末９における受信時刻Ｔr_n-1から受信時刻Ｔr_nにかけての（言い換えると、前の周期時間Δｔにおける）回線品質の時点前変動傾きΔＣbef_n（下記の数式４参照）と、通信端末９における受信時刻Ｔr_nから受信時刻Ｔr_n+1にかけての（言い換えると、後の周期時間Δｔにおける）回線品質の時点後変動傾きΔＣaft_n（下記の数式５参照）と、の組み合わせのそれぞれが起こる確率値ｐ_ijを（ｉ，ｊ）成分とする行列である。
（数４） ΔＣbef_n ＝ (Ｃtr_n－Ｃtr_n-1)／(Ｔr_n－Ｔr_n-1)
（数５） ΔＣaft_n ＝ (Ｃtr_n+1－Ｃtr_n)／(Ｔr_n+1－Ｔr_n)

図４におけるΔＣ₁，ΔＣ₂，ΔＣ₃は、回線品質の時点前変動傾きΔＣbefや回線品質の時点後変動傾きΔＣaftとして定められる値で、負の数，０，または正の数であり、実際には具体的な数値である。

遷移確率行列Ｔは、無線通信装置１と通信端末９との間で行われた過去の通信における実績に基づいて作成される。遷移確率行列Ｔは、具体的には、通信端末９における或る受信時刻における回線品質と前記或る受信時刻から周期時間Δｔ前の受信時刻における回線品質とから算出される時点前変動傾きΔＣbefと、通信端末９における前記或る受信時刻における回線品質と前記或る受信時刻から周期時間Δｔ後の受信時刻における回線品質とから算出される時点後変動傾きΔＣaftと、の組み合わせデータの集合を作成し、前記集合における時点前変動傾きΔＣbefと時点後変動傾きΔＣaftとの組み合わせ各々の確率分布を求めることによって作成される。

遷移確率行列Ｔは、例えば記憶部などに格納されて第２の回線品質計算部４２によって適宜読み込まれて使用される。遷移確率行列Ｔは、必要に応じて更新されるようにしてもよい。

回線品質の変動傾きの推定値ΔＣtr_nは、具体的には例えば、遷移確率行列Ｔが図４に示すように表される場合で、通信端末９における受信時刻Ｔr_n-1から受信時刻Ｔr_nにかけての（言い換えると、前の周期時間Δｔにおける）回線品質の時点前変動傾きΔＣbef_nがΔＣ₁未満であるとき、遷移確率行列Ｔが用いられて下記の数式６に従って計算される。
（数６） ΔＣtr_n ＝ ｐ₁₁×{ΔＣ₁－(ΔＣ₂－ΔＣ₁)／２}
＋ｐ₁₂×(ΔＣ₁＋ΔＣ₂)／２
＋ｐ₁₃×(ΔＣ₂＋ΔＣ₃)／２
＋ｐ₁₄×{ΔＣ₃＋(ΔＣ₃－ΔＣ₂)／２}

回線品質の変動傾きの推定値ΔＣtr_nは、あるいは、遷移確率行列Ｔの（ｉ，ｊ）成分である確率値ｐ_ijが予め定められる遷移確率閾値以上になっている時点前変動傾きΔＣbefと時点後変動傾きΔＣaftとの組み合わせのうち、絶対値が最も大きい時点後変動傾きΔＣaftの値に基づいて決定されるようにしてもよい。

具体的には例えば、遷移確率行列Ｔが図４に示すように表されるとともに遷移確率閾値がＰthr（具体的には、例えば０．１～０．３程度の範囲のうちのいずれかの数値）に予め定められている場合で、通信端末９における受信時刻Ｔr_n-1から受信時刻Ｔr_nにかけての（言い換えると、前の周期時間Δｔにおける）回線品質の時点前変動傾きΔＣbef_nがΔＣ₁未満であるとする。このとき、ｐ₁₄＜ｐ₁₃＜Ｐthr＜ｐ₁₂＜ｐ₁₁ であるとともに、｜ΔＣ₁－(ΔＣ₂－ΔＣ₁)／２｜＞｜(ΔＣ₁＋ΔＣ₂)／２｜であれば、回線品質の変動傾きの推定値ΔＣtr_nは「ΔＣ₁－(ΔＣ₂－ΔＣ₁)／２」とされるようにしてもよい。

第２の回線品質計算部４２は、つまり、通信端末９における受信時刻Ｔr_nよりも前の時間帯における回線品質の変動傾き（即ち、ΔＣbef_n）と遷移確率行列Ｔとに基づいて前記受信時刻Ｔr_nから後の時間帯における回線品質の変動傾き（即ち、ΔＣtr_n）を予測したうえで前記受信時刻Ｔr_nからタイムラグＴlag_nが経過した時刻（即ち、無線通信装置１における処理時刻Ｔp_n）における回線の品質（具体的には、第２の伝搬路推定値Ｃ２tp_n）を推定する。

第２の回線品質計算部４２は、推定した第２の伝搬路推定値Ｃ２tp_nを出力する。

ここで、図３に示すように、停滞上限時間が周期時間Δｔの２倍よりも長い時間長さに設定されている場合で、無線通信装置１が最後に（言い換えると、直前に）受信した組み合わせデータのうちの通信端末９における受信時刻Ｔr_n-2を基点として周期時間Δｔの２倍の時間が経過した後に新たな組み合わせデータを受信した場合は（図に示す例では、送信時刻Ｔt_n-1に通信端末９から送信された通信端末９における受信時刻Ｔr_n-1と回線品質Ｃtr_n-1との組み合わせデータを受信ロスしている）、第２の回線品質計算部４２は、無線通信装置１が最後に（言い換えると、直前に）受信した組み合わせデータ（図に示す例では、通信端末９における受信時刻Ｔr_n-2と回線品質Ｃtr_n-2との組み合わせデータ）を用いて第２の伝搬路推定値（図に示す例では、Ｃ２tp_n）を推定する処理を行う。

図３に示す例の場合、上記の数式３における回線品質の変動傾きの推定値ΔＣtr_nは、遷移確率行列Ｔの２乗の行列計算が行われたうえで、遷移確率行列Ｔ²が用いられて上記の数式６と同様の手順で、或いは、遷移確率行列Ｔ²に対して上記の遷移確率閾値を用いる仕法と同様の手順で、計算される。

変調方式選択部４３は、第１の伝搬路推定値Ｃ１tp_nと第２の伝搬路推定値Ｃ２tp_nとに基づいて変調方式を選択する。

変調方式選択部４３は、具体的には、まず、第１の回線品質計算部４１から出力される第１の伝搬路推定値Ｃ１tp_nの入力を受けるとともに、第２の回線品質計算部４２から出力される第２の伝搬路推定値Ｃ２tp_nの入力を受け、前記第１の伝搬路推定値Ｃ１tp_nと前記第２の伝搬路推定値Ｃ２tp_nとのうちの回線の品質がより悪い方を特定する。変調方式選択部４３によって特定される伝搬路推定値のことを「特定伝搬路推定値」と呼ぶ。

変調方式選択部４３は、続いて、特定伝搬路推定値に基づいて変調方式の選択を行う。変調方式選択部４３は、つまり、第１の伝搬路推定値Ｃ１tp_nと第２の伝搬路推定値Ｃ２tp_nとのうちの回線の品質がより悪い方である特定伝搬路推定値に基づいて変調方式を選択するようにすることにより、回線の品質を表す指標の値（具体的には、第１の伝搬路推定値Ｃ１tp_n，第２の伝搬路推定値Ｃ２tp_n）の推定誤差によって変調方式の選択を誤るというリスクを回避し得るように変調方式を選択する。

具体的には例えば、特定伝搬路推定値ＣＳの大きさに応じて変調方式が指定されるための特定伝搬路推定値ＣＳと変調方式との複数の組み合わせを含む、特定伝搬路推定値ＣＳと変調方式との対応テーブルが予め作成され、変調方式選択部４３は前記対応テーブルに従って変調方式を選択する。特定伝搬路推定値ＣＳと変調方式との対応テーブルは、例えば記憶部などに格納されて変調方式選択部４３によって適宜読み込まれて使用される。

特定伝搬路推定値ＣＳと変調方式との対応テーブルの例を図５に示す。図５に示す例は、特定伝搬路推定値ＣＳが大きいほど回線／伝搬路における通信状況が良好であることを前提としている（尚、図５におけるＣＳ₁，ＣＳ₂，ＣＳ₃，ＣＳ₄は、回線の品質を表す指標の種類に応じて定められる値で、実際には具体的な数値である）。図５に示す例は、また、回線／伝搬路における通信状況が良好であるほど、複数の変調方式のうちの伝送効率が高い変調方式が選択されるようにしている。なお、伝送効率が低い変調方式を下位とし、伝送効率が高い変調方式を上位としている。

図５に示す例は、特定伝搬路推定値ＣＳに応じて変調方式／変調多値数が選択される場合の対応テーブルの例である。ただし、特定伝搬路推定値ＣＳと変調方式との対応テーブルは図５に示す例に限定されるものではなく、特定伝搬路推定値ＣＳに応じて符号化に纏わるパラメータ（例えば、符号化率，符号長）が選択される対応テーブルが作成されて使用されるようにしてもよく、或いは、特定伝搬路推定値ＣＳに応じて変調方式／変調多値数と符号化に纏わるパラメータ（例えば、符号化率，符号長）との組み合わせが選択される対応テーブルが作成されて使用されるようにしてもよい。

そして、変調方式選択部４３は、選択された変調方式への切り替えを制御するための信号（「変調方式制御信号」と呼ぶ）を出力する。

受信停滞対応部４４は、第１の回線品質計算部４１から出力される、通信端末９から送信される組み合わせデータを無線通信装置１が最後に受信した時点から停滞上限時間を経過したことを通知する信号の入力を受けた場合に、予め定められている変調方式を選択する。

通信端末９から送信される組み合わせデータを無線通信装置１が最後に受信した時点から停滞上限時間を経過したときは、すなわち、回線／伝搬路における通信状況が不良であるために通信端末９における受信時刻Ｔr_nと回線品質Ｃtr_nとの組み合わせデータを無線通信装置１が所定の時間にわたって受信できない事態であると考えられる。そこで、受信停滞対応部４４は、予め準備されている複数の変調方式（具体的には、対応テーブルに含められている複数の変調方式）のうち、最も下位の変調方式、言い換えると、回線の品質を表す指標の値（即ち、回線品質Ｃtr_n）が最も大きくなることが期待される変調方式（図５に示す対応テーブルの例では、ＢＰＳＫ）を選択する。

受信停滞対応部４４は、選択された変調方式への切り替えを制御するための信号（即ち、変調方式制御信号）を出力する。

変調部５は、通信端末９へと送信する通信データ（即ち、無線通信装置１と通信端末９との間における本来の通信の用に供されるデータ）である送信データの入力を受けるとともに、変調方式制御部４から出力される変調方式制御信号の入力を受け、前記変調方式制御信号に従って変調方式を切り替えながら前記送信データに対して変調処理を施して変調信号を生成し、前記変調信号を出力する。

送信部６は、変調部５から出力される変調信号の入力を受け、前記変調信号に対して周波数変換および増幅などの所定の処理を施したうえで、処理後の信号をアンテナを介して無線送信する。

実施の形態に係る無線通信装置１や適応変調方法によれば、通信端末９から送信される通信端末９における受信時刻Ｔr_nと回線品質Ｃtr_nとの組み合わせデータに基づいて通信端末９への送信時に使用する変調方式を選択するようにしているので、回線品質Ｃtr_nとともに当該の回線品質Ｃtr_nが取得された時刻（即ち、通信端末９における受信時刻Ｔr_n）が考慮されて変調方式が決定されるため、適応変調制御ループの遅延と回線品質の変動傾きとの２つを想定した制御を行うことができ、適切な変調方式の選択を行うことが可能となり、例えば回線の品質を表す指標の値の推定誤差を一律に想定して変調方式を選択する場合と比べて伝送効率が一層高い変調方式を選択することが可能となる。実施の形態に係る無線通信装置１や適応変調方法によれば、また、受信局による回線品質の情報の送信頻度を増加させることなく適切な変調方式の選択を行うことが可能となる。

実施の形態に係る無線通信装置１や適応変調方法によれば、通信端末９から送信される組み合わせデータを無線通信装置１が最後に受信した時点から停滞上限時間を経過した場合に最も下位の変調方式を選択するようにしているので、回線／伝搬路における通信状況の推定に用いられるデータが古いために変調方式の判断基準となる回線品質の計算結果と実際に変調方式を切り替える時の現実の回線品質との差違が大きくなる事態を回避することができ、適切とは言えない変調方式を選択する事態を回避することが可能となる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。

具体的には、上記の実施の形態では無線通信装置１と通信端末９とで相互に同期している時刻を利用して通信端末９が無線通信装置１へと通信端末９における受信時刻Ｔr_nを送信するとともに無線通信装置１がタイムラグＴlag_n（＝Ｔp_n－Ｔr_n）を計算するようにしているが、無線通信装置１が平均的な遅延時間を算出して前記平均的な遅延時間に基づいてタイムラグＴlagを決定するようにしてもよい。具体的には例えば、無線通信装置１の送信部６が送信データとしての信号を無線送信する際に前記信号に時刻情報（具体的には、無線通信装置１からの送信時刻のタイムスタンプ）を含めて送信し、通信端末９が通信データとともに前記時刻情報を含む信号を受信した際の回線品質Ｃtr_nおよび前記時刻情報を無線通信装置１へと送信する（尚、通信端末９における受信時刻Ｔr_nは送信しない）。無線通信装置１は、通信端末９へと送信して戻ってきた時刻情報（即ち、無線通信装置１からの送信時刻のタイムスタンプ）と受信時刻との間の時間差を算出するとともに過去の所定の期間における前記時間差の平均値を算出し、前記時間差の平均値の半分をＴlagとするようにしてもよい。

また、上記の実施の形態では変調方式制御部４が第１の回線品質計算部４１と第２の回線品質計算部４２との両方を備えるようにしているが、変調方式制御部４が第１の回線品質計算部４１と第２の回線品質計算部４２とのうちのどちらか一方のみを備えるようにしてもよい。この場合は、変調方式選択部４３は備えられず、第１の回線品質計算部４１によって推定される第１の伝搬路推定値Ｃ１tp_nに基づいて変調方式が選択されたり、或いは、第２の回線品質計算部４２によって推定される第２の伝搬路推定値Ｃ２tp_nに基づいて変調方式が選択されたりする。

また、上記の実施の形態では変調方式制御部４が受信停滞対応部４４を備えるようにしているが、変調方式制御部４が受信停滞対応部４４を備えないようにしてもよい。この場合は、停滞上限時間は設定されず、通信端末９から送信される組み合わせデータを無線通信装置１が最後に受信した時点からの経過時間に関係なく、第１の回線品質計算部４１が第１の伝搬路推定値Ｃ１tp_nを推定する処理を行ったり、第２の回線品質計算部４２が第２の伝搬路推定値Ｃ２tp_nを推定する処理を行ったりする。

また、上記の実施の形態では周期時間Δｔが一定であるようにしているが、周期時間Δｔを変化させるようにしてもよい。例えば、伝搬環境の変化が大きいことに起因して(Ｃtr_n－Ｃtr_n-1)／(Ｔr_n－Ｔr_n-1)として表される回線品質の変動傾きの絶対値が予め定められる閾値を超える場合に、周期時間Δｔを短くして通信端末９からの回線品質の情報（具体的には、通信端末９における受信時刻Ｔr_nと回線品質Ｃtr_nとの組み合わせデータ）の伝送周期を早めるようにしてもよい。あるいは、(Ｃtr_n－Ｃtr_n-1)／(Ｔr_n－Ｔr_n-1)として表される回線品質の変動傾きの絶対値の大きさに応じて、周期時間Δｔを変化させて（具体的には、短くしたり長くしたりして）通信端末９からの回線品質の情報の伝送周期を変化させるようにしてもよい。また、前記回線品質の変動傾きの絶対値が予め定められる閾値を超える場合に、回線品質Ｃtr_nや通信端末９における受信時刻Ｔr_nの伝送処理を通信端末９が最優先の処理とするようにしたりしてもよい。これにより、短時間で大きく変動する伝搬環境の変化に的確に追従して適切な変調方式の選択を行うことが可能となるとともに伝搬環境の変化が緩慢である場合にはトラフィックを低減させたり機器の演算負荷を低減させたりすることが可能となる。

１ 無線通信装置
２ 受信部
３ 復調部
４ 変調方式制御部
４１ 第１の回線品質計算部
４２ 第２の回線品質計算部
４３ 変調方式選択部
４４ 受信停滞対応部
５ 変調部
６ 送信部
８ 衛星
９ 通信端末

Claims (9)

1. 通信相手の装置との間で適応変調方式を利用して無線通信を行う無線通信装置であり、
   前記通信相手の装置から送信される前記通信相手の装置における受信時刻と回線品質との組み合わせデータに基づいて前記通信相手の装置への送信時に使用する変調方式を選択する変調方式制御部を有する、
   ことを特徴とする無線通信装置。
2. 前記変調方式制御部が、実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における受信時刻よりも前の時間帯における回線品質の変動傾きを用いて、前記実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における前記受信時刻よりも後の当該無線通信装置における処理時刻における回線の品質を推定する回線品質計算部を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記変調方式制御部が、当該無線通信装置と前記通信相手の装置との間で行われた過去の通信における、前記通信相手の装置における或る受信時刻よりも前の時間帯における回線品質の変動傾きと前記或る受信時刻よりも後の時間帯における回線品質の変動傾きとの組み合わせのそれぞれが起こる確率の実績値を成分とする行列である遷移確率行列と、実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における受信時刻よりも前の時間帯における回線品質の変動傾きと、に基づいて予測される前記実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における前記受信時刻よりも後の時間帯における回線品質の変動傾きを用いて、前記実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における前記受信時刻よりも後の当該無線通信装置における処理時刻における回線の品質を推定する回線品質計算部を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
4. 前記変調方式制御部が、
   実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における受信時刻よりも前の時間帯における回線品質の変動傾きを用いて、前記実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における前記受信時刻よりも後の当該無線通信装置における処理時刻における回線の品質を推定する第１の回線品質計算部と、
   当該無線通信装置と前記通信相手の装置との間で行われた過去の通信における、前記通信相手の装置における或る受信時刻よりも前の時間帯における回線品質の変動傾きと前記或る受信時刻よりも後の時間帯における回線品質の変動傾きとの組み合わせのそれぞれが起こる確率の実績値を成分とする行列である遷移確率行列と、前記実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における受信時刻よりも前の時間帯における回線品質の変動傾きと、に基づいて予測される前記実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における前記受信時刻よりも後の時間帯における回線品質の変動傾きを用いて、前記実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における前記受信時刻よりも後の当該無線通信装置における処理時刻における回線の品質を推定する第２の回線品質計算部と、
   前記第１の回線品質計算部によって推定される前記回線の品質と前記第２の回線品質計算部によって推定される前記回線の品質とに基づいて前記変調方式を選択する変調方式選択部と、を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
5. 前記変調方式制御部が、前記通信相手の装置から送信される前記組み合わせデータを当該無線通信装置が最後に受信した時点から所定の時間を経過した場合に、予め準備されている複数の変調方式のうち最も下位の変調方式を選択する受信停滞対応部を備える、
   ことを特徴とする請求項１から４のうちのいずれか１項に記載の無線通信装置。
6. 実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における受信時刻よりも前の時間帯における回線品質の変動傾きの絶対値に基づいて前記組み合わせデータの伝送周期を変化させる、
   ことを特徴とする請求項１から５のうちのいずれか１項に記載の無線通信装置。
7. 無線通信装置と通信相手の装置との間で適応変調方式が利用されて行われる無線通信における適応変調方法であり、
   前記通信相手の装置から送信される前記通信相手の装置における受信時刻と回線品質との組み合わせデータに基づいて、前記無線通信装置が前記通信相手の装置への送信時に使用する変調方式を選択する、
   ことを特徴とする適応変調方法。
8. 前記無線通信装置が、実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における受信時刻よりも前の時間帯における回線品質の変動傾きを用いて、前記実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における前記受信時刻よりも後の当該無線通信装置における処理時刻における回線の品質を推定する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の適応変調方法。
9. 前記無線通信装置が、当該無線通信装置と前記通信相手の装置との間で行われた過去の通信における、前記通信相手の装置における或る受信時刻よりも前の時間帯における回線品質の変動傾きと前記或る受信時刻よりも後の時間帯における回線品質の変動傾きとの組み合わせのそれぞれが起こる確率の実績値を成分とする行列である遷移確率行列と、実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における受信時刻よりも前の時間帯における回線品質の変動傾きと、に基づいて予測される前記実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における前記受信時刻よりも後の時間帯における回線品質の変動傾きを用いて、前記実際に通信を行うために前記変調方式を選択する際の前記通信相手の装置における前記受信時刻よりも後の当該無線通信装置における処理時刻における回線の品質を推定する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の適応変調方法。

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