JP4367718B2 - 適応変調制御システムおよび無線通信装置 - Google Patents
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Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の変調方式、誤り訂正の符号化率またはこれらの組み合わせに基づいて定められる複数の変調パラメータからいずれか一つの変調パラメータを、伝搬路状態の推定結果に対応して適応的に選択する適応変調制御システムおよび無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られている適応変調通信では、複数の変調方式、誤り訂正の符号化率またはこれらの組み合わせからなる変調パラメータ（ＭＣＳ：Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）を適応的に選択する際の基準とするために、伝搬路の状態の推定を行なう。
【０００３】
一般的に、伝搬路の状態は、無線フレームに挿入された既知信号であるプリアンブルを用いて、その受信状態から搬送波対雑音電力比（ＣＮＲ）などといった値として推定を行なう（非特許文献１）。さらに、マルチキャリア伝送方式におけるサブキャリア適応変調通信では、サブキャリア毎の伝搬路状態を推定し、サブキャリア毎に変調パラメータを選択する。
【０００４】
図１３は、従来の直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）サブキャリア適応変調システムの装置構成例を示すブロック図である。図１３において、伝搬路測定回路７１は、受信信号の情報から伝搬路状態を推定し、推定結果を変調パラメータ選択回路７２に出力する。変調パラメータ選択回路７２は、入力された伝搬路状態の推定結果から（一義的に）変調パラメータを選択し、選択した変調パラメータの情報をサブキャリア適応変調符号化回路７３へ出力する。
【０００５】
サブキャリア適応変調符号化回路７３は、選択された変調パラメータに応じて、サブキャリア毎に適応変調を行なう。ＩＦＦＴ回路７４は、サブキャリア適応変調符号化回路７３の出力を逆フーリエ変換し、ディジタルのＯＦＤＭ信号に変換してＤ／Ａ変換回路７５へ出力する。Ｄ／Ａ変換回路７５は、ディジタルのＯＦＤＭ信号をアナログ信号へ変換する。
【０００６】
一方、端末の移動速度が上昇した場合には、伝搬路の時間的な変動が無視できなくなるため、伝搬路の時間変動に対して耐性のある伝搬路推定法として、過去の複数のパイロットシンボルによる伝搬路測定結果を外挿することにより伝搬路推定を行なう方法が提案されている（非特許文献２）。
【０００７】
図１４は、非特許文献２記載の伝搬路推定法の概要を示す図である。以下では、図１４に従い、前記手法における線形外挿処理を用いた伝搬路推定方法について簡単に説明する。図１４において、過去のｎ−１番目のパイロットシンボル８１とｎ番目のパイロットシンボル８２を用いた伝搬路測定結果をそれぞれｈｎ−１とｈｎとする。推定対象シンボル８３における伝搬路推定値ｈ＾は、ｎ−１番目のパイロットシンボル８１とｎ番目のパイロットシンボル８２との時間間隔Ｔｆ８７、およびｎ番目のパイロットシンボル８２と推定対象シンボル８３との時間間隔Ｔｉ８８を用いて、式（１）のように表わすことができる。
【０００８】
【数１】
また、上記の方法は一次式を用いた線形外挿であるが、過去の複数の伝搬路推定結果による多項式を用いた外挿処理を用いる方法も知られている。
【非特許文献１】
鈴木他「適応変調方式における伝搬路特性推定方式」、電子情報通信学会技術報告、ＲＣＳ９４−６５、ｐ．３７−４２、１９９４年
【非特許文献２】
吉識他「ＯＦＤＭ適応変調における外挿処理を用いたマルチレベル送信電力制御の高速移動端末に対する伝送特性」、電子情報通信学会技術報告、ＲＣＳ２００２−５８、ｐ．４１−４６、２００２年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、伝搬路推定結果に基づいてＭＣＳを選択して送信を行なうまでの時間に、実際の伝搬路状態は変化してしまっている。このため、伝搬路推定誤差によって不適切な変調パラメータを選択してしまう場合と同様に、結果として不適切なＭＣＳを選択してしまい、誤り率特性の悪化やスループットの低下などの通信性能の劣化が生じてしまうという問題があった。また、移動速度が非常に大きい状況では、従来の外挿手法だけでは伝搬路の時間変動に追従しきれず、伝搬路変動が追従性能を上回った場合、逆に伝搬路推定精度が劣化するといった問題があった。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、移動速度が大きい状況においても、従来の手法に比べて伝送品質の劣化を軽減することができる適応変調制御システムおよび無線通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）上記の目的を達成するため、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明に係る適応変調制御システムは、通信相手先から受信した信号の受信状態を測定する受信状態測定部と、伝搬路状態の測定結果を示す伝搬路情報を、前記測定された受信状態に基づいて変更する補正を行なう補正部と、前記補正後の伝搬路情報に対応する変調パラメータを選択する変調パラメータ選択部と、を備えることを特徴としている。
【００１２】
このように、受信状態を測定するので、一定時間経過後に伝搬路状態がどのように変動するのかを確率的に把握することができる。そして、伝搬路情報を、測定した受信状態に基づいて変更する補正を行ない、補正後の伝搬路情報に対応する変調パラメータを選択するので、伝搬路状態の時間的な変動の確率に応じた変調パラメータを使用することが可能となる。これにより、伝搬路状態の時間変動が激しい場合であっても、補正を行なうことによって、通信性能の劣化を軽減することが可能となる。
【００１３】
（２）また、本発明に係る適応変調制御システムは、通信相手先から受信した信号の受信状態を測定する受信状態測定部と、伝搬路状態の測定結果を示す伝搬路情報を記憶する記憶部と、現在の伝搬路情報および前記記憶部で記憶した過去の一つまたは複数の伝搬路情報に基づいて、送信時の伝搬路状態である送信時伝搬路状態を推定する送信時伝搬路状態推定部と、前記送信時伝搬路状態を、前記測定された受信状態に基づいて変更する補正を行なう補正部と、前記補正後の送信時伝搬路状態に対応する変調パラメータを選択する変調パラメータ選択部と、を備えることを特徴としている。
【００１４】
このように、受信状態を測定するので、一定時間経過後に伝搬路状態がどのように変動するのかを確率的に把握することができる。そして、現在の伝搬路情報および記憶部で記憶した過去の一つまたは複数の伝搬路情報に基づいて、送信時の伝搬路状態である送信時伝搬路状態を推定し、推定した送信時伝搬路状態を測定した受信状態に基づいて変更する補正を行ない、補正後の伝搬路情報に対応する変調パラメータを選択するので、伝搬路状態の時間的な変動の確率に応じた変調パラメータを使用することが可能となる。これにより、伝搬路状態の時間変動が激しい場合であっても、補正を行なうことによって、通信性能の劣化を軽減することが可能となる。
【００１５】
（３）また、本発明に係る適応変調制御システムは、通信相手先から受信した信号の受信状態を測定する受信状態測定部と、伝搬路状態と前記変調パラメータとの関係式または伝搬路状態と前記変調パラメータとから構成されるテーブルを、前記測定された受信状態に基づいて変更する補正を行なう補正部と、前記補正後の関係式またはテーブルに基づいて、伝搬路状態の測定結果を示す伝搬路情報に対応する変調パラメータを選択する変調パラメータ選択部と、を備えることを特徴としている。
【００１６】
このように、受信状態を測定するので、一定時間経過後に伝搬路状態がどのように変動するのかを確率的に把握することができる。そして、伝搬路状態と変調パラメータとの関係式または伝搬路状態と変調パラメータとから構成されるテーブルを、測定した受信状態に基づいて変更する補正を行ない、補正後の関係式またはテーブルに基づいて、伝搬路状態の測定結果を示す伝搬路情報に対応する変調パラメータを選択するので、伝搬路状態の時間的な変動の確率に応じた変調パラメータを使用することが可能となる。これにより、伝搬路状態の時間変動が激しい場合であっても、補正を行なうことによって、通信性能の劣化を軽減することが可能となる。
【００１７】
（４）また、本発明に係る適応変調制御システムは、通信相手先から受信した信号の受信状態を測定する受信状態測定部と、伝搬路状態の測定結果を示す伝搬路情報を記憶する記憶部と、現在の伝搬路情報および前記記憶部で記憶した過去の一つまたは複数の伝搬路情報に基づいて、送信時の伝搬路状態である送信時伝搬路状態を推定する送信時伝搬路状態推定部と、伝搬路状態と前記変調パラメータとの関係式または伝搬路状態と前記変調パラメータとから構成されるテーブルを、前記測定された受信状態に基づいて変更する補正を行なう補正部と、前記補正後の関係式またはテーブルに基づいて、前記送信時伝搬路状態に対応する変調パラメータを選択する変調パラメータ選択部と、を備えることを特徴としている。
【００１８】
このように、受信状態を測定するので、一定時間経過後に伝搬路状態がどのように変動するのかを確率的に把握することができる。そして、現在の伝搬路情報および記憶部で記憶した過去の一つまたは複数の伝搬路情報に基づいて、送信時の伝搬路状態である送信時伝搬路状態を推定すると共に、伝搬路状態と変調パラメータとの関係式または伝搬路状態と変調パラメータとから構成されるテーブルを、測定した受信状態に基づいて変更する補正を行ない、補正後の関係式またはテーブルに基づいて、送信時伝搬路状態に対応する変調パラメータを選択するので、伝搬路状態の時間的な変動の確率に応じた変調パラメータを使用することが可能となる。これにより、伝搬路状態の時間変動が激しい場合であっても、補正を行なうことによって、通信性能の劣化を軽減することが可能となる。
【００１９】
（５）また、本発明に係る適応変調制御システムにおいて、前記伝搬路状態は、受信電力、信号対雑音電力比、信号対干渉波および雑音電力比、搬送波電力、搬送波対雑音電力比、または搬送波対干渉波および雑音電力比のいずれかにより定められることを特徴としている。
【００２０】
このように、伝搬路状態を受信電力または搬送波電力で定めることによって、回路構成を簡略化させることが可能となる。また、伝搬路状態を信号対雑音電力比または搬送波電力対雑音電力比で定めることによって、雑音の影響を考慮した変調パラメータを選択することが可能である。また、伝搬路状態を信号対干渉波および雑音電力比または搬送波対干渉波および雑音電力比で定めることによって、干渉波および雑音を考慮した変調パラメータを選択することが可能となる。
【００２１】
（６）また、本発明に係る適応変調制御システムにおいて、前記受信状態は、受信電力、信号対雑音電力比、信号対干渉波および雑音電力比、搬送波電力、搬送波対雑音電力比、または搬送波対干渉波および雑音電力比のいずれかにより定められることを特徴としている。
【００２２】
このように、受信状態を受信電力または搬送波電力で定めることによって、回路構成を簡略化させることが可能となる。また、受信状態を信号対雑音電力比または搬送波電力対雑音電力比で定めることによって、雑音の影響を考慮した変調パラメータを選択することが可能である。また、受信状態を信号対干渉波および雑音電力比で定めることによって、干渉波および雑音を考慮した変調パラメータを選択することが可能となる。
【００２３】
（７）また、本発明に係る適応変調制御システムにおいて、前記受信状態は、受信電力と基準値との比または差、信号対雑音電力比と基準値との比または差、信号対干渉波および雑音電力比と基準値との比または差、搬送波電力と基準値との比または差、搬送波対雑音電力比と基準値との比または差、並びに搬送波対干渉波および雑音電力比と基準値との比または差のいずれかにより定められることを特徴としている。
【００２４】
このように、受信状態を受信電力と基準値との比または差、並びに搬送波電力と基準値との比または差で定めることによって、回路構成を簡略化させることが可能となる。また、受信状態を信号対雑音電力比と基準値との比または差、並びに搬送波電力対雑音電力比と基準値との比または差で定めることによって、雑音の影響を考慮した変調パラメータを選択することが可能である。また、受信状態を信号対干渉波および雑音電力比と基準値との比または差、並びに搬送波対干渉波および雑音電力比と基準値との比または差で定めることによって、干渉波および雑音を考慮した変調パラメータを選択することが可能となる。さらに、基準値との比または差によって受信状態を定めるので、基準値を受信品質や伝搬路状態などに応じて変更することも可能となる。これにより、受信品質や伝搬路状態に応じて誤り率が低い変調パラメータを選択したり、伝送レートの高い変調パラメータを選択したりすることができるようになる。
【００２５】
（８）また、本発明に係る適応変調制御システムにおいて、前記基準値は、受信電力、信号対雑音電力比、信号対干渉波および雑音電力比、搬送波電力、搬送波対雑音電力比、または搬送波対干渉波および雑音電力比のいずれかを時間の関数で表わした場合の、時間軸方向の複数の点における受信電力、信号対雑音電力比、信号対干渉波および雑音電力比、搬送波電力、搬送波対雑音電力比、または搬送波対干渉波および雑音電力比のいずれかの平均値、中央値、または最小値のいずれかであることを特徴としている。
【００２６】
このように、基準値を時間軸方向の複数の点における受信状態の平均値とすることによって、期待値を高い精度で定めることが可能となる。また、基準値を時間軸方向の複数の点における受信状態の中央値とすることによって、加算処理が軽減されるので、基準値を平均値とする場合よりも演算量を少なくさせることが可能となる。また、基準値を時間軸方向の複数の点における受信状態の最小値とすることによって、伝搬路状態が劣悪となるような補正を行なうため、誤り率の低い変調パラメータを選択することが可能となり、伝送品質を向上させることが可能となる。さらに、時間軸方向の点を多く取る場合は、基準値を求める際のサンプリング数が多くなるため、基準値と期待値との差が小さくなる。一方、時間軸方向の点を少なく取る場合は、シャドウイングの影響を軽減することができる。これにより、例えば、ドップラー周波数と適応変調周期の積ｆｄＴが小さい状況における補正を有効に行なうことが可能となる。なお、基準値を算出する際、例えば、受信電力と基準値の比または差の場合は、基準値は複数の受信電力値を母集団とした場合の平均値、中央値または最小値となる。また、例えば、信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ）と基準値の比あるいは差の場合は、基準値は複数のＳＮＲ値を母集団とした場合の平均値、中央値または最小値となる。また、例えば、信号電力対干渉および雑音電力比（ＳＩＮＲ）と基準値の比あるいは差の場合は、基準値は複数のＳＩＮＲ値を母集団とした場合の平均値、中央値または最小値となる。
【００２７】
（９）また、本発明に係る適応変調制御システムは、受信電力、信号対雑音電力比、信号対干渉波および雑音電力比、搬送波電力、搬送波対雑音電力比、または搬送波対干渉波および雑音電力比のいずれかを周波数の関数で表した場合の、周波数軸方向の平均値、中央値、または最小値のいずれかを前記基準値とし、マルチキャリア無線通信に適用されることを特徴としている。
【００２８】
このように、受信状態を周波数の関数で表すことにより、一送信単位における制御情報のみで統計処理をすることが可能となるため、過去の受信状態を記憶することなく補正を行うことができる。また、受信状態を周波数の関数で表わした場合に、基準値を時間軸方向の複数の点における受信状態の平均値とすることによって、期待値を高い精度で定めることが可能となる。また、基準値を時間軸方向の複数の点における受信状態の中央値とすることによって、加算処理が軽減されるので、基準値を平均値とする場合よりも演算量を少なくさせることが可能となる。また、基準値を時間軸方向の複数の点における受信状態の最小値とすることによって、伝搬路状態が劣悪となるような補正を行なうため、誤り率の低い変調パラメータを選択することが可能となり、伝送品質を向上させることが可能となる。
【００２９】
（１０）また、本発明に係る適応変調制御システムは、受信電力、信号対雑音電力比、信号対干渉波および雑音電力比、搬送波電力、搬送波対雑音電力比、または搬送波対干渉波および雑音電力比のいずれかを時間および周波数の関数で表わした場合の、時間軸および周波数軸方向の平均値、中央値、または最小値のいずれかを前記基準値とし、マルチキャリア無線通信に適用されることを特徴としている。
【００３０】
このように、受信状態を時間軸および周波数の関数で表すことにより、単一の時刻における統計処理よりもサンプリング数を多くすることが可能となるため、一送信単位における制御情報の通知のみの場合よりも高精度で期待値を算出することができる。また、受信状態を周波数の関数で表わした場合に、基準値を時間軸方向の複数の点における受信状態の平均値とすることによって、期待値を高い精度で定めることが可能となる。また、基準値を時間軸方向の複数の点における受信状態の中央値とすることによって、加算処理が軽減されるので、基準値を平均値とする場合よりも演算量を少なくさせることが可能となる。また、基準値を時間軸方向の複数の点における受信状態の最小値とすることによって、伝搬路状態が劣悪となるような補正を行なうため、誤り率の低い変調パラメータを選択することが可能となり、伝送品質を向上させることが可能となる。
【００３１】
（１１）また、本発明に係る適応変調制御システムにおいて、前記補正部は、前記受信した信号の受信品質を判定し、その判定結果によって前記基準値を変更することを特徴としている。
【００３２】
このように、受信品質に応じて基準値を変更するので、受信品質が悪い場合は、基準値を上げることによって、伝搬路状態が劣悪である場合に選択すべき変調パラメータが選択されるように補正を行なうことができる。これにより、誤り率の低い変調パラメータが選択され、伝送品質を向上させることができる。また、受信品質が良い場合は、基準値を下げることによって、伝搬路状態が良好である場合に選択すべき変調パラメータが選択されるように補正を行なうことができる。これにより、伝送レートの高い変調パラメータが選択され、伝送効率を向上させることができる。
【００３３】
（１２）また、本発明に係る適応変調制御システムにおいて、前記補正部は、前記受信状態測定部によって測定された受信状態が大きいほど、前記伝搬路情報が劣悪となるように変更し、または前記受信状態測定部によって測定された受信状態が小さいほど、前記伝搬路情報が良好となるように変更する補正の少なくとも一方を行なうことを特徴としている。
【００３４】
このように、測定した受信状態が大きいほど、伝搬路情報が劣悪となるように変更する補正を行なうので、誤り率が低い変調パラメータが選択されやすくなる。その結果、伝送品質を向上させることが可能となる。一方、測定した受信状態が小さいほど、伝搬路情報が良好となるように変更する補正を行なうので、伝送レートの高い変調パラメータが選択されやすくなる。その結果、伝送効率を向上させることが可能となる。
【００３５】
（１３）また、本発明に係る適応変調制御システムにおいて、前記補正部は、前記受信状態測定部によって測定された受信状態が大きいほど、前記送信時伝搬路状態が劣悪となるように変更し、または前記受信状態測定部によって測定された受信状態が小さいほど、前記送信時伝搬路状態が良好となるように変更する補正の少なくとも一方を行なうことを特徴としている。
【００３６】
このように、測定した受信状態が大きいほど、送信時伝搬路状態が劣悪となるように変更する補正を行なうので、誤り率が低い変調パラメータが選択されやすくなる。その結果、伝送品質を向上させることが可能となる。一方、測定した受信状態が小さいほど、送信時伝搬路状態が良好となるように変更する補正を行なうので、伝送レートの高い変調パラメータが選択されやすくなる。その結果、伝送効率を向上させることが可能となる。
【００３７】
（１４）また、本発明に係る適応変調制御システムにおいて、前記補正部は、前記受信状態測定部によって測定された受信状態が大きいほど、同じ伝搬路状況に対して、より伝送速度が小さい変調パラメータを選択しやすくなるように、前記変調パラメータとの関係式または伝搬路状態と前記変調パラメータとから構成されるテーブルを変更し、または前記受信状態測定部によって測定された受信状態が小さいほど、同じ伝搬路状況に対して、より伝送速度が大きい変調パラメータを選択しやすくなるように、前記変調パラメータとの関係式または伝搬路状態と前記変調パラメータとから構成されるテーブルを変更する補正の少なくとも一方を行なうことを特徴としている。
【００３８】
このように、測定した受信状態が大きいほど、同じ伝搬路状況に対して、より伝送速度が小さい変調パラメータを選択しやすくなるように変更する補正を行なうので、誤り率が低い変調パラメータが選択されやすくなる。その結果、伝送品質を向上させることが可能となる。一方、測定した受信状態が小さいほど、同じ伝搬路状況に対して、より伝送速度が大きい変調パラメータを選択しやすくなるように変更する補正を行なうので、伝送レートの高い変調パラメータが選択されやすくなる。その結果、伝送効率を向上させることが可能となる。
【００３９】
（１５）また、本発明に係る無線通信装置は、請求項１から請求項１４のいずれかに記載の適応変調制御システムに適用される無線通信装置であって、無線信号の送受信を行なう機能を備え、通信相手先から伝搬路状態の測定結果を示す伝搬路情報、前記通信相手先における送信時の伝搬路状態の推定結果を示す伝搬路情報、前記補正後の伝搬路状態の測定結果を示す伝搬路情報、前記通信相手先における前記補正後の送信時の伝搬路状態の推定結果を示す伝搬路情報、または選択した変調パラメータを示す変調パラメータ情報のいずれかを送信または受信することを特徴としている。
【００４０】
この構成により、通信相手先から受信した上記いずれかの情報に基づいて、適切な変調パラメータを選択することができる。その結果、伝搬路状態の時間的な変動の確率に応じた変調パラメータを使用することが可能となる。これにより、伝搬路状態の時間変動が激しい場合であっても、補正を行なうことによって、通信性能の劣化を軽減することが可能となる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、受信状態を測定するので、一定時間経過後に伝搬路状態がどのように変動するのかを確率的に把握することができる。そして、伝搬路情報を、測定した受信状態に基づいて変更する補正を行ない、補正後の伝搬路情報に対応する変調パラメータを選択するので、伝搬路状態の時間的な変動の確率に応じた変調パラメータを使用することが可能となる。これにより、伝搬路状態の時間変動が激しい場合であっても、補正を行なうことによって、通信性能の劣化を軽減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本発明者は、伝搬路状態測定時の受信状態により、一定時間経過後の伝搬路の時間変動の期待値が異なることを見出し、伝搬路状態の推定精度を向上した適応変調通信装置を実現させた。伝搬路状態および受信状態として、それぞれ、信号対雑音電力比（以下、「ＳＮＲ」と呼称する。）と正規化受信電力値を用いる場合を例にとって説明する。フェージング変動の平均値がほぼ一定である場合、ある時刻における受信電力値Ｓ（ｋ）に対する一定時間後の受信電力値Ｓ（ｋ＋Ｄｋ）の相対的な大きさの期待値は、Ｓ（ｋ）の値に依存する。すなわち、伝搬路状態を推定した時点での受信電力値の大きさにより、伝搬路状態に変動が生じた場合の変位の期待値が異なるのである。
【００４３】
図１は、平均受信電力での正規化受信電力値に対する時間変動の累積分布を、計算機シミュレーションにより求めた結果を示す図である。図１において、横軸は、ＳＮＲの時間変動（差分）を表しており、縦軸は累積分布を表している。実線ｃ９１、破線ｃ９２、点線ｃ９３、一点鎖線ｃ９４、二点鎖線ｃ９５は、それぞれ正規化受信電力値が０ｄＢ、＋３ｄＢ、＋１ｄＢ、−１ｄＢ、−３ｄＢのときのＳＮＲの時間変動の累積分布を示している。
【００４４】
図１に示すように、正規化受信電力が大きくなるにしたがって、累積分布は左側にシフトすることがわかる。これは、正規化受信電力値とＳＮＲの時間変動には相関関係があり、その関係は正規化受信電力値が大きくなるに従って、時間変動の分布が小さい方にシフトするということを意味している。
【００４５】
本実施形態に係る適応変調制御システムは、上記の相関関係に着目し、受信電力値により異なる変動変位の期待値を考慮することにより、従来よりも高精度の伝搬路推定を行ない、適応変調システムにおける伝送品質および伝送速度向上を可能とした。
【００４６】
（第１の実施形態）
図２は、第１の実施形態に係る適応変調制御システムの概略構成を示すブロック図である。ここでは、ＯＦＤＭサブキャリア適応変調システムに適用した場合について説明する。図２において、伝搬路測定部１は、受信信号の情報から各サブキャリアにおけるＳＮＲを測定する。受信状態測定部２は、各サブキャリアにおける正規化受信電力を求める。補正部３は、前記正規化受信電力に基づいて、前記伝搬路測定部で測定したＳＮＲを補正する。変調パラメータ選択部４は、補正部３で補正したＳＮＲと、変調パラメータ選択のための関係式あるいはテーブル５とからＭＣＳを選択する。サブキャリア適応変調符号化部６は、上記のように選択したＭＣＳに応じて、サブキャリア毎に適応変調を行なう。ＩＦＦＴ部７は、サブキャリア適応変調符号化部６の出力を逆フーリエ変換し、ディジタルのＯＦＤＭ信号に変換する。Ｄ／Ａ変換部８は、ディジタルのＯＦＤＭ信号をアナログ信号へ変換する。
【００４７】
ここで、第１の実施形態に係る適応変調制御システムについて、伝搬路測定結果の記憶手段を設け、伝搬路測定結果として、過去における幾つかの結果の平均値を使っても良い。これにより、雑音成分の平均化を行なうことができる。
【００４８】
次に、補正部３における正規化受信電力による補正の仕方（補正値の決め方）について説明する。図３は、正規化受信電力の測定結果の例を示す図である。図３において、周波数ｆ５１での正規化受信電力をｒ５１、周波数ｆ５２での正規化受信電力をｒ５２とする。ただし、この例では、正規化のための基準値を平均受信電力ｐ５０としている。すなわち、正規化受信電力は各周波数における受信電力と平均受信電力の比を表す。
【００４９】
（補正例１−１）
第１の補正例として、図３に示す正規化受信電力の測定結果に基づいて、周波数ｆ５１および周波数ｆ５２でのＳＮＲに対して、次のような補正を行なう。なお、以下（１）および（２）の両方の補正を行なっても良い。
（１）受信状態が大きいほど伝搬路状態が劣悪となるように補正を行なう。
（２）受信状態が小さいほど伝搬路状態が良好となるように補正を行なう。
【００５０】
図４（ａ）および（ｂ）は、上記（１）または（２）の補正を行なう様子を示す図である。図４（ａ）および（ｂ）では、例えば、ＳＮＲに基づいて４種類（１，２，３，４）からいずれか一つの変調パラメータ（以下、「ＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）」と呼称する。）を選択し、それぞれのＭＣＳを選択する際の閾値としてｔ６１、ｔ６２、ｔ６３が与えられている場合を表している。図３のｆ５１に対応した補正が図４（ａ）であり、図３のｆ５２に対応した補正が図４（ｂ）である。
【００５１】
第１の補正例における補正の仕方としては、例えば、以下のような手法が考えられる。例えば、測定したＳＮＲ値をｅ、正規化受信電力値をｒ、補正後のＳＮＲ値をｅ’とするとき、式（２）を満たすような補正を行なう。ただしｗは重みである。
【００５２】
【数２】
このとき、図３に示すｆ５１、ｆ５２では正規化受信電力の測定結果はそれぞれｒ５１、ｒ５２であるが、ｒ５１＞１、ｒ５２＜１となっている。従って、図４（ａ）におけるＳＮＲの補正（ｅ５１’−ｅ５１）と、図４（ｂ）におけるＳＮＲの補正（ｅ５２’−ｅ５２）は逆向きとなる。
【００５３】
（補正例１−２）
上記の第１の補正例では、受信電力値が基準値に比べて非常に大きい際に、ｒが非常に大きくなり補正項が大きくなる。補正項が大きくなりすぎた場合、ＳＮＲや受信電力の測定値が誤差を含んでいると、補正後の伝搬路状態の推定精度が大きく劣化する可能性がある。これを解決するために、ｒに上限閾値を設けるという方法が考えられる。すなわち、式（３）を満たすような補正を行なう。
【００５４】
【数３】
これにより、受信電力が基準値に比べて非常に大きい場合でも、誤差の影響を軽減できる。同様に、受信電力値が基準値に比べて小さい場合に下限閾値を設けることにより、スループットの過剰な低下を抑制することができる。
【００５５】
（補正例１−３）
以上の例では、各正規化受信電力値に対して補正項を算出するため、演算量が増加してしまう。そこで、予め実験やシミュレーションにより、ｒに対する補正項ｆ（ｒ）をテーブル化しておき、式（４）を満たすような補正を行なってもよい。
【００５６】
【数４】
図５は、第１の実施形態において変調パラメータを選択する概念を示す図である。サブキャリア毎に測定した伝搬路状態１０１を変更する補正を行ない、補正後の伝搬路状態１０２と伝搬路状態と変調パラメータの関係テーブル１０３とに基づいて、変調パラメータを選択する。
【００５７】
なお、複数のサブキャリアをグループ化し、グループごとに適応変調を適用するＯＦＤＭ適応変調システムでは、グループごとの伝搬路状態を求める必要があるが、本実施形態を前記サブキャリアのグループ化を適用したＯＦＤＭ適応変調システムに適用することは容易に可能である。すなわち、本実施形態の補正方法を用いてサブキャリアごとに伝搬路状態を補正し、補正した伝搬路状態をグループ化することによりグループごとの補正した伝搬路状態を求め、グループごとの補正した伝搬路状態を基に適応変調を適用すればよい。あるいは、サブキャリアごとの伝搬路状態をグループ化し、グループごとの伝搬路状態に本発明の補正方法を用いてグループごとの補正した伝搬路状態を求め、グループごとの補正した伝搬路状態を基に適応変調を適用すればよい。
【００５８】
以上のように、第１の実施形態に係る適応変調制御システムによれば、正規化受信電力を測定することによって、一定時間経過後にＳＮＲがどのように変動するのかを確率的に把握することができる。そして、正規化受信電力に応じて、ＳＮＲを変更する補正を行ない、補正後のＳＮＲに対応する変調パラメータを選択するので、伝搬路の時間的な変動の確率に即した変調パラメータを使用することが可能となる。これにより、伝搬路の時間変動が激しい場合であっても補正を行なうことにより通信性能の劣化を軽減することが可能となる。
【００５９】
また、伝搬路状態および受信状態の測定、補正、変調パラメータの選択は、受信機で伝搬路状態および受信状態の測定および補正を行ない、その結果を送信機へ伝え、送信機で変調パラメータ選択を行なっても良いし、受信機で伝搬路状態および受信状態を測定し、その結果を送信機へ伝え、送信機で補正と変調パラメータ選択を行なってもよい。また、受信機で伝搬路状態および受信状態の測定、補正、変調パラメータ選択をし、その結果を送信機へ伝えるようにしてもよい。
【００６０】
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係る適応変調制御システムの概略構成を示すブロック図である。ここでは、ＯＦＤＭサブキャリア適応変調システムに適用した場合について説明する。図６において、伝搬路測定部１０は、受信信号の情報からＳＮＲを測定する。記憶部１１は、上記ＳＮＲの測定結果を１または複数回分記憶する。受信状態測定部１２は、各サブキャリアにおける正規化受信電力を求める。送信時伝搬路状態推定部１３は、上記ＳＮＲの測定結果と、記憶部１１に記憶しておいた過去のＳＮＲの測定結果とから、送信時の各サブキャリアにおけるＳＮＲの予測値を求める。補正部１４は、正規化受信電力に基づいて、送信時伝搬路状態推定部１３で推定したＳＮＲ予測値を補正する。変調パラメータ選択部１５は、補正部１４で補正したＳＮＲ予測値と、変調パラメータ選択のための関係式あるいはテーブル１６とからＭＣＳを選択する。サブキャリア適応変調符号化部１７は、上記選択したＭＣＳに応じて、サブキャリア毎に適応変調を行なう。ＩＦＦＴ部１８は、サブキャリア適応変調符号化部１７の出力を逆フーリエ変換し、ディジタルのＯＦＤＭ信号に変換する。Ｄ／Ａ変換部１９は、ディジタルのＯＦＤＭ信号をアナログ信号へ変換する。
【００６１】
図７は、第２の実施形態において変調パラメータを選択する概念を示す図である。過去のＳＮＲ測定結果１２１および１２２を時間外挿し、送信時の伝搬路状態１２３を推定する。そして、正規化受信電力に応じて、予測したＳＮＲを変更する補正を行ない、補正後の送信時伝搬路状態１２４と、伝搬路状態と変調パラメータのテーブル１２５に基づいて、変調パラメータを選択する。これにより、伝搬路推定の精度を向上することが可能となる。
【００６２】
以上のように、第２の実施形態に係る適応変調制御システムによれば、正規化受信電力を測定することによって、一定時間経過後にＳＮＲがどのように変動するのかを確率的に把握することができる。そして、過去の複数のＳＮＲ測定結果を時間外挿することにより送信時のＳＮＲの値を推定し、さらに正規化受信電力に応じてＳＮＲを変更する補正を行ない、補正後のＳＮＲに対応する変調パラメータを選択するので、伝搬路の時間的な変動の確率に即した変調パラメータを使用することが可能となる。これにより、伝搬路の時間変動が激しい場合であっても補正を行なうことにより通信性能の劣化を軽減することが可能となる。
【００６３】
（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態に係る適応変調制御システムの概略構成を示すブロック図である。ここでは、ＯＦＤＭサブキャリア適応変調システムに適用した場合について説明する。図８において、伝搬路測定部２０は、受信信号の情報から各サブキャリアにおけるＳＮＲを測定する。受信状態測定部２１は、各サブキャリアにおける正規化受信電力を求める。ドップラー周波数推定部２２は、ドップラー周波数を推定する。補正部２３は、上記正規化受信電力と上記ドップラー周波数に基づいて、前記伝搬路測定部２０で測定したＳＮＲを補正する。変調パラメータ選択部２４は、補正部２３で補正したＳＮＲと、変調パラメータ選択のための関係式あるいはテーブル２５とからＭＣＳを選択する。サブキャリア適応変調符号化部２６では、選択したＭＣＳに応じて、サブキャリア毎に適応変調を行なう。ＩＦＦＴ部２７は、サブキャリア適応変調符号化部２６の出力を逆フーリエ変換し、ディジタルのＯＦＤＭ信号に変換する。Ｄ／Ａ変換部２８は、前記ディジタルのＯＦＤＭ信号をアナログ信号へ変換する。
［００６４］
第３の実施形態に係る適応変調制御システムは、ドップラー周波数測定部を有し、正規化受信電力に応じて、ＳＮＲを変更する補正を行なう際にドップラー周波数を考慮することにより、伝搬路推定の精度を向上することが可能となる。ドップラー周波数を考慮した補正の仕方としては、例えば、以下のような手法が考えられる。
［００６５］
（補正例３−１）
ドップラー周波数が大きくなると、伝搬路の時間的な変動が激しくなる。すなわち、ある時刻の伝搬路状態と、ある時刻から一定時間経過後の伝搬路状態の相関性が低下するため、変動後の伝搬路状態の確率分布はレイリー分布に近づく。第３の実施形態では、伝搬路状態がレイリー分布であるという予測に基づいているため、ドップラー周波数が大きい場合、補正項を大きくすればよい。つまり、前記重みｗをドップラー周波数ｆｄの関数とし、ｆｄが大きくなるにつれてｗが大きくなるようにｗを決定する。これにより、ドップラー周波数が大きくなるにつれて補正幅を大きくすることができるため、伝搬路推定の精度を向上することが可能となる。
［００６６］
（補正例３−２）
ドップラー周波数を考慮した補正の仕方の他の例としては、以下のような手法が考えられる。受信状態を測定する際に、時間軸上で複数回サンプリングして、その平均値を取ることにより雑音の影響を軽減できるが、ドップラー周波数が大きくなると、シャドウイングの影響が大きくなり、平均値を取る区間が大きすぎると正確な中央値が算出できないという問題が生じる。そこで、シャドウイングの影響を軽減するために、受信状態を算出する際の時間軸上のサンプリング数ｎをｆｄの関数とし、ｆｄが大きくなるにつれてｎが小さくなるようにｎを決定する。これにより、ドップラー周波数あるいは適応変調周期が大きくなるにつれて基準値を算出する際の平均化区間を小さくすることができる。
［００６７］
（補正後） なお、平均値・中央値・最小値を算出する際のサンプルについては、例えば、以下のように行なわれる。すなわち、図９に示すように、基準値（平均値／中央値／最小値）を求める際の受信電力の母集合は、Ｎｃ×Ｎｔ個である。シャドウイングを考慮するため、ドップラー周波数によりＮｔの数（すなわち時間軸方向の区間）を変化させる。このとき、周波数方向に対しては、常に全てのサブキャリアにおける受信電力をサンプリングする。すなわち、周波数方法のサンプリング数は常にＮｃとなる。このとき、平均値は、（Ｎｃ×Ｎｔ）個の受信電力の平均、中央値は、（Ｎｃ×Ｎｔ÷２）番目に大きい（小さい）受信電力値、最小値は、（Ｎｃ×Ｎｔ）個の受信電力の中で最も小さい値である。
【００６８】
以上のように、第３の実施形態に係る適応変調制御システムによれば、正規化受信電力を測定することによって、一定時間経過後にＳＮＲがどのように変動するのかを確率的に把握することができる。そして、正規化受信電力とドップラー周波数に応じて、ＳＮＲを変更する補正を行ない、補正後のＳＮＲに対応する変調パラメータを選択するので、伝搬路の時間的な変動の確率に即した変調パラメータを使用することが可能となる。これにより、伝搬路の時間変動が激しい場合であっても補正を行なうことにより通信性能の劣化を軽減することが可能となる。
【００６９】
（第４の実施形態）
図１０は、第４の実施形態に係る適応変調制御システムの概略構成を示すブロック図である。ここでは、ＯＦＤＭサブキャリア適応変調システムに適用した場合について説明する。図１０において、伝搬路測定部３０は、受信信号の情報から各サブキャリアにおけるＳＮＲを測定する。受信状態測定部３１は、受信状態を求める。補正部３２は、前記受信状態の基準値に基づいて、伝搬路状態と変調パラメータとの関係式あるいはテーブル３３を補正する。変調パラメータ選択部３４は、伝搬路測定部３０で測定したＳＮＲと、補正部３２で補正した変調パラメータ選択のための関係式あるいはテーブルとからＭＣＳを選択する。サブキャリア適応変調符号化部３５は、上記選択したＭＣＳに応じて、サブキャリア毎に適応変調を行なう。ＩＦＦＴ部３６は、サブキャリア適応変調符号化部３５の出力を逆フーリエ変換し、ディジタルのＯＦＤＭ信号に変換する。Ｄ／Ａ変換部３７は、上記ディジタルのＯＦＤＭ信号をアナログ信号へ変換する。
【００７０】
図１１は、第４の実施形態における変調パラメータ選択の概念を示す図である。伝搬路状態と変調パラメータの関係テーブル１１２を変更する補正を行ない、伝搬路状態１１１と補正後の伝搬路状態と変調パラメータの関係テーブル１１３とから変調パラメータを選択する。図５に示す第１の実施形態における補正では、サブキャリア毎の伝搬路状態を補正するため、サブキャリア数が多くなると演算量が大きくなる。一方、第４の実施形態における補正は、伝搬路状態と変調パラメータの関係式あるいはテーブルのみを補正するため、少ない演算量で第１の実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【００７１】
以上のように、第４の実施形態に係る適応変調制御システムによれば、正規化受信電力を測定することによって、一定時間経過後にＳＮＲがどのように変動するのかを確率的に把握することができる。そして、受信状態の基準値に応じて、ＳＮＲと変調パラメータの関係を表すテーブルを変更する補正を行ない、補正後のテーブルに基づいてＳＮＲに対応する変調パラメータを選択するので、伝搬路の時間的な変動の確率に即した変調パラメータを使用することが可能となる。これにより、伝搬路の時間変動が激しい場合であっても補正を行なうことにより通信性能の劣化を軽減することが可能となる。
【００７２】
（第５の実施形態）
第５の実施形態は、上記第２の実施形態と第４の実施形態とを組み合わせた補正手法を採る。図１２は、第５の実施形態において変調パラメータを選択する概念を示す図である。過去のＳＮＲ測定結果１３１および１３２を時間外挿し、送信時の伝搬路状態である送信時伝搬路状態１３３を推定する。一方、伝搬路状態と変調パラメータの関係テーブル１３４を変更する補正を行なう。そして、送信時伝搬路状態１３３と、補正後の伝搬路状態と変調パラメータの関係テーブル１３５とから変調パラメータを選択する。
【００７３】
図５に示す第１の実施形態における補正では、サブキャリア毎の伝搬路状態を補正するため、サブキャリア数が多くなると演算量が大きくなる。一方、第５の実施形態における補正は、伝搬路状態と変調パラメータの関係式あるいはテーブルのみを補正するため、演算量を少なくすることができる。また、時間外挿により送信時の伝搬路状態を推定するので、伝搬路推定の精度を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】平均受信電力での正規化受信電力値に対する時間変動の累積分布を、計算機シミュレーションにより求めた結果を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る適応変調制御システムの概略構成を示すブロック図である。
【図３】正規化受信電力の測定結果の例を示す図である。
【図４】（ａ）は、図３のｆ５１に対応した補正を示す図である。（ｂ）は、図３のｆ５２に対応した補正を示す図である。
【図５】第１の実施形態において変調パラメータを選択する概念を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係る適応変調制御システムの概略構成を示すブロック図である。
【図７】第２の実施形態において変調パラメータを選択する概念を示す図である。
【図８】第３の実施形態に係る適応変調制御システムの概略構成を示すブロック図である。
【図９】第３の実施形態に係る適応変調制御システムにおいて、平均値、中央値または最小値を算出する際のサンプリングの様子を示す図である。
【図１０】第４の実施形態に係る適応変調制御システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１１】第４の実施形態における変調パラメータ選択の概念を示す図である。
【図１２】第５の実施形態において変調パラメータを選択する概念を示す図である。
【図１３】従来のＯＦＤＭサブキャリア適応変調システムの装置構成例を示すブロック図である。
【図１４】非特許文献２記載の伝搬路推定法の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１ 伝搬路測定部
２ 受信状態測定部
３ 補正部
４ 変調パラメータ選択部
５ 変調パラメータテーブル
６ サブキャリア適応変調符号化部
７ ＩＦＦＴ部
８ Ｄ／Ａ変換部
１０ 伝搬路測定部
１１ 記憶部
１２ 受信状態測定部
１３ 送信時伝搬路状態推定部
１４ 補正部
１５ 変調パラメータ選択部
１６ 変調パラメータテーブル
１７ サブキャリア適応変調符号化部
１８ ＩＦＦＴ部
１９ Ｄ／Ａ変換部
２０ 伝搬路測定部
２１ 受信状態測定部
２２ ドップラー周波数推定部
２３ 補正部
２４ 変調パラメータ選択部
２５ 変調パラメータテーブル
２６ サブキャリア適応変調符号化部
２７ ＩＦＦＴ部
２８ Ｄ／Ａ変換部
３０ 伝搬路測定部
３１ 受信状態測定部
３２ 補正部
３３ 変調パラメータテーブル
３４ 変調パラメータ選択部
３５ サブキャリア適応変調符号化部
３６ ＩＦＦＴ部
３７ Ｄ／Ａ変換部
１０１、１０２ 伝搬路状態
１０３ 伝搬路状態と変調パラメータの関係テーブル
１１１ 伝搬路状態
１１２ 伝搬路状態と変調パラメータの関係テーブル
１１３ 補正後の伝搬路状態と変調パラメータの関係テーブル
１２１、１２２ 過去の伝搬路状態
１２３ 外挿により推定した送信時伝搬路状態
１２４ 補正後の送信時伝搬路状態
１２５ 伝搬路状態と変調パラメータの関係テーブル
１３１、１３２ 過去の伝搬路状態
１３３ 外挿により推定した送信時伝搬路状態
１３４ 伝搬路状態と変調パラメータの関係テーブル
１３５ 補正後の伝搬路状態と変調パラメータの関係テーブル
【０００１】
本発明は、複数の変調方式、誤り訂正の符号化率またはこれらの組み合わせに基づいて定められる複数の変調パラメータからいずれか一つの変調パラメータを、伝搬路状態の推定結果に対応して適応的に選択する適応変調制御システムおよび無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られている適応変調通信では、複数の変調方式、誤り訂正の符号化率またはこれらの組み合わせからなる変調パラメータ（ＭＣＳ：Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）を適応的に選択する際の基準とするために、伝搬路の状態の推定を行なう。
【０００３】
一般的に、伝搬路の状態は、無線フレームに挿入された既知信号であるプリアンブルを用いて、その受信状態から搬送波対雑音電力比（ＣＮＲ）などといった値として推定を行なう（非特許文献１）。さらに、マルチキャリア伝送方式におけるサブキャリア適応変調通信では、サブキャリア毎の伝搬路状態を推定し、サブキャリア毎に変調パラメータを選択する。
【０００４】
図１３は、従来の直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）サブキャリア適応変調システムの装置構成例を示すブロック図である。図１３において、伝搬路測定回路７１は、受信信号の情報から伝搬路状態を推定し、推定結果を変調パラメータ選択回路７２に出力する。変調パラメータ選択回路７２は、入力された伝搬路状態の推定結果から（一義的に）変調パラメータを選択し、選択した変調パラメータの情報をサブキャリア適応変調符号化回路７３へ出力する。
【０００５】
サブキャリア適応変調符号化回路７３は、選択された変調パラメータに応じて、サブキャリア毎に適応変調を行なう。ＩＦＦＴ回路７４は、サブキャリア適応変調符号化回路７３の出力を逆フーリエ変換し、ディジタルのＯＦＤＭ信号に変換してＤ／Ａ変換回路７５へ出力する。Ｄ／Ａ変換回路７５は、ディジタルのＯＦＤＭ信号をアナログ信号へ変換する。
【０００６】
一方、端末の移動速度が上昇した場合には、伝搬路の時間的な変動が無視できなくなるため、伝搬路の時間変動に対して耐性のある伝搬路推定法として、過去の複数のパイロットシンボルによる伝搬路測定結果を外挿することにより伝搬路推定を行なう方法が提案されている（非特許文献２）。
【０００７】
図１４は、非特許文献２記載の伝搬路推定法の概要を示す図である。以下では、図１４に従い、前記手法における線形外挿処理を用いた伝搬路推定方法について簡単に説明する。図１４において、過去のｎ−１番目のパイロットシンボル８１とｎ番目のパイロットシンボル８２を用いた伝搬路測定結果をそれぞれｈｎ−１とｈｎとする。推定対象シンボル８３における伝搬路推定値ｈ＾は、ｎ−１番目のパイロットシンボル８１とｎ番目のパイロットシンボル８２との時間間隔Ｔｆ８７、およびｎ番目のパイロットシンボル８２と推定対象シンボル８３との時間間隔Ｔｉ８８を用いて、式（１）のように表わすことができる。
【０００８】
【数１】
【非特許文献１】
鈴木他「適応変調方式における伝搬路特性推定方式」、電子情報通信学会技術報告、ＲＣＳ９４−６５、ｐ．３７−４２、１９９４年
【非特許文献２】
吉識他「ＯＦＤＭ適応変調における外挿処理を用いたマルチレベル送信電力制御の高速移動端末に対する伝送特性」、電子情報通信学会技術報告、ＲＣＳ２００２−５８、ｐ．４１−４６、２００２年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、伝搬路推定結果に基づいてＭＣＳを選択して送信を行なうまでの時間に、実際の伝搬路状態は変化してしまっている。このため、伝搬路推定誤差によって不適切な変調パラメータを選択してしまう場合と同様に、結果として不適切なＭＣＳを選択してしまい、誤り率特性の悪化やスループットの低下などの通信性能の劣化が生じてしまうという問題があった。また、移動速度が非常に大きい状況では、従来の外挿手法だけでは伝搬路の時間変動に追従しきれず、伝搬路変動が追従性能を上回った場合、逆に伝搬路推定精度が劣化するといった問題があった。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、移動速度が大きい状況においても、従来の手法に比べて伝送品質の劣化を軽減することができる適応変調制御システムおよび無線通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）上記の目的を達成するため、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明に係る適応変調制御システムは、通信相手先から受信した信号の受信状態を測定する受信状態測定部と、伝搬路状態の測定結果を示す伝搬路情報を、前記測定された受信状態に基づいて変更する補正を行なう補正部と、前記補正後の伝搬路情報に対応する変調パラメータを選択する変調パラメータ選択部と、を備えることを特徴としている。
【００１２】
このように、受信状態を測定するので、一定時間経過後に伝搬路状態がどのように変動するのかを確率的に把握することができる。そして、伝搬路情報を、測定した受信状態に基づいて変更する補正を行ない、補正後の伝搬路情報に対応する変調パラメータを選択するので、伝搬路状態の時間的な変動の確率に応じた変調パラメータを使用することが可能となる。これにより、伝搬路状態の時間変動が激しい場合であっても、補正を行なうことによって、通信性能の劣化を軽減することが可能となる。
【００１３】
（２）また、本発明に係る適応変調制御システムは、通信相手先から受信した信号の受信状態を測定する受信状態測定部と、伝搬路状態の測定結果を示す伝搬路情報を記憶する記憶部と、現在の伝搬路情報および前記記憶部で記憶した過去の一つまたは複数の伝搬路情報に基づいて、送信時の伝搬路状態である送信時伝搬路状態を推定する送信時伝搬路状態推定部と、前記送信時伝搬路状態を、前記測定された受信状態に基づいて変更する補正を行なう補正部と、前記補正後の送信時伝搬路状態に対応する変調パラメータを選択する変調パラメータ選択部と、を備えることを特徴としている。
【００１４】
このように、受信状態を測定するので、一定時間経過後に伝搬路状態がどのように変動するのかを確率的に把握することができる。そして、現在の伝搬路情報および記憶部で記憶した過去の一つまたは複数の伝搬路情報に基づいて、送信時の伝搬路状態である送信時伝搬路状態を推定し、推定した送信時伝搬路状態を測定した受信状態に基づいて変更する補正を行ない、補正後の伝搬路情報に対応する変調パラメータを選択するので、伝搬路状態の時間的な変動の確率に応じた変調パラメータを使用することが可能となる。これにより、伝搬路状態の時間変動が激しい場合であっても、補正を行なうことによって、通信性能の劣化を軽減することが可能となる。
【００１５】
（３）また、本発明に係る適応変調制御システムは、通信相手先から受信した信号の受信状態を測定する受信状態測定部と、伝搬路状態と前記変調パラメータとの関係式または伝搬路状態と前記変調パラメータとから構成されるテーブルを、前記測定された受信状態に基づいて変更する補正を行なう補正部と、前記補正後の関係式またはテーブルに基づいて、伝搬路状態の測定結果を示す伝搬路情報に対応する変調パラメータを選択する変調パラメータ選択部と、を備えることを特徴としている。
【００１６】
このように、受信状態を測定するので、一定時間経過後に伝搬路状態がどのように変動するのかを確率的に把握することができる。そして、伝搬路状態と変調パラメータとの関係式または伝搬路状態と変調パラメータとから構成されるテーブルを、測定した受信状態に基づいて変更する補正を行ない、補正後の関係式またはテーブルに基づいて、伝搬路状態の測定結果を示す伝搬路情報に対応する変調パラメータを選択するので、伝搬路状態の時間的な変動の確率に応じた変調パラメータを使用することが可能となる。これにより、伝搬路状態の時間変動が激しい場合であっても、補正を行なうことによって、通信性能の劣化を軽減することが可能となる。
【００１７】
（４）また、本発明に係る適応変調制御システムは、通信相手先から受信した信号の受信状態を測定する受信状態測定部と、伝搬路状態の測定結果を示す伝搬路情報を記憶する記憶部と、現在の伝搬路情報および前記記憶部で記憶した過去の一つまたは複数の伝搬路情報に基づいて、送信時の伝搬路状態である送信時伝搬路状態を推定する送信時伝搬路状態推定部と、伝搬路状態と前記変調パラメータとの関係式または伝搬路状態と前記変調パラメータとから構成されるテーブルを、前記測定された受信状態に基づいて変更する補正を行なう補正部と、前記補正後の関係式またはテーブルに基づいて、前記送信時伝搬路状態に対応する変調パラメータを選択する変調パラメータ選択部と、を備えることを特徴としている。
【００１８】
このように、受信状態を測定するので、一定時間経過後に伝搬路状態がどのように変動するのかを確率的に把握することができる。そして、現在の伝搬路情報および記憶部で記憶した過去の一つまたは複数の伝搬路情報に基づいて、送信時の伝搬路状態である送信時伝搬路状態を推定すると共に、伝搬路状態と変調パラメータとの関係式または伝搬路状態と変調パラメータとから構成されるテーブルを、測定した受信状態に基づいて変更する補正を行ない、補正後の関係式またはテーブルに基づいて、送信時伝搬路状態に対応する変調パラメータを選択するので、伝搬路状態の時間的な変動の確率に応じた変調パラメータを使用することが可能となる。これにより、伝搬路状態の時間変動が激しい場合であっても、補正を行なうことによって、通信性能の劣化を軽減することが可能となる。
【００１９】
（５）また、本発明に係る適応変調制御システムにおいて、前記伝搬路状態は、受信電力、信号対雑音電力比、信号対干渉波および雑音電力比、搬送波電力、搬送波対雑音電力比、または搬送波対干渉波および雑音電力比のいずれかにより定められることを特徴としている。
【００２０】
このように、伝搬路状態を受信電力または搬送波電力で定めることによって、回路構成を簡略化させることが可能となる。また、伝搬路状態を信号対雑音電力比または搬送波電力対雑音電力比で定めることによって、雑音の影響を考慮した変調パラメータを選択することが可能である。また、伝搬路状態を信号対干渉波および雑音電力比または搬送波対干渉波および雑音電力比で定めることによって、干渉波および雑音を考慮した変調パラメータを選択することが可能となる。
【００２１】
（６）また、本発明に係る適応変調制御システムにおいて、前記受信状態は、受信電力、信号対雑音電力比、信号対干渉波および雑音電力比、搬送波電力、搬送波対雑音電力比、または搬送波対干渉波および雑音電力比のいずれかにより定められることを特徴としている。
【００２２】
このように、受信状態を受信電力または搬送波電力で定めることによって、回路構成を簡略化させることが可能となる。また、受信状態を信号対雑音電力比または搬送波電力対雑音電力比で定めることによって、雑音の影響を考慮した変調パラメータを選択することが可能である。また、受信状態を信号対干渉波および雑音電力比で定めることによって、干渉波および雑音を考慮した変調パラメータを選択することが可能となる。
【００２３】
（７）また、本発明に係る適応変調制御システムにおいて、前記受信状態は、受信電力と基準値との比または差、信号対雑音電力比と基準値との比または差、信号対干渉波および雑音電力比と基準値との比または差、搬送波電力と基準値との比または差、搬送波対雑音電力比と基準値との比または差、並びに搬送波対干渉波および雑音電力比と基準値との比または差のいずれかにより定められることを特徴としている。
【００２４】
このように、受信状態を受信電力と基準値との比または差、並びに搬送波電力と基準値との比または差で定めることによって、回路構成を簡略化させることが可能となる。また、受信状態を信号対雑音電力比と基準値との比または差、並びに搬送波電力対雑音電力比と基準値との比または差で定めることによって、雑音の影響を考慮した変調パラメータを選択することが可能である。また、受信状態を信号対干渉波および雑音電力比と基準値との比または差、並びに搬送波対干渉波および雑音電力比と基準値との比または差で定めることによって、干渉波および雑音を考慮した変調パラメータを選択することが可能となる。さらに、基準値との比または差によって受信状態を定めるので、基準値を受信品質や伝搬路状態などに応じて変更することも可能となる。これにより、受信品質や伝搬路状態に応じて誤り率が低い変調パラメータを選択したり、伝送レートの高い変調パラメータを選択したりすることができるようになる。
【００２５】
（８）また、本発明に係る適応変調制御システムにおいて、前記基準値は、受信電力、信号対雑音電力比、信号対干渉波および雑音電力比、搬送波電力、搬送波対雑音電力比、または搬送波対干渉波および雑音電力比のいずれかを時間の関数で表わした場合の、時間軸方向の複数の点における受信電力、信号対雑音電力比、信号対干渉波および雑音電力比、搬送波電力、搬送波対雑音電力比、または搬送波対干渉波および雑音電力比のいずれかの平均値、中央値、または最小値のいずれかであることを特徴としている。
【００２６】
このように、基準値を時間軸方向の複数の点における受信状態の平均値とすることによって、期待値を高い精度で定めることが可能となる。また、基準値を時間軸方向の複数の点における受信状態の中央値とすることによって、加算処理が軽減されるので、基準値を平均値とする場合よりも演算量を少なくさせることが可能となる。また、基準値を時間軸方向の複数の点における受信状態の最小値とすることによって、伝搬路状態が劣悪となるような補正を行なうため、誤り率の低い変調パラメータを選択することが可能となり、伝送品質を向上させることが可能となる。さらに、時間軸方向の点を多く取る場合は、基準値を求める際のサンプリング数が多くなるため、基準値と期待値との差が小さくなる。一方、時間軸方向の点を少なく取る場合は、シャドウイングの影響を軽減することができる。これにより、例えば、ドップラー周波数と適応変調周期の積ｆｄＴが小さい状況における補正を有効に行なうことが可能となる。なお、基準値を算出する際、例えば、受信電力と基準値の比または差の場合は、基準値は複数の受信電力値を母集団とした場合の平均値、中央値または最小値となる。また、例えば、信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ）と基準値の比あるいは差の場合は、基準値は複数のＳＮＲ値を母集団とした場合の平均値、中央値または最小値となる。また、例えば、信号電力対干渉および雑音電力比（ＳＩＮＲ）と基準値の比あるいは差の場合は、基準値は複数のＳＩＮＲ値を母集団とした場合の平均値、中央値または最小値となる。
【００２７】
（９）また、本発明に係る適応変調制御システムは、受信電力、信号対雑音電力比、信号対干渉波および雑音電力比、搬送波電力、搬送波対雑音電力比、または搬送波対干渉波および雑音電力比のいずれかを周波数の関数で表した場合の、周波数軸方向の平均値、中央値、または最小値のいずれかを前記基準値とし、マルチキャリア無線通信に適用されることを特徴としている。
【００２８】
このように、受信状態を周波数の関数で表すことにより、一送信単位における制御情報のみで統計処理をすることが可能となるため、過去の受信状態を記憶することなく補正を行うことができる。また、受信状態を周波数の関数で表わした場合に、基準値を時間軸方向の複数の点における受信状態の平均値とすることによって、期待値を高い精度で定めることが可能となる。また、基準値を時間軸方向の複数の点における受信状態の中央値とすることによって、加算処理が軽減されるので、基準値を平均値とする場合よりも演算量を少なくさせることが可能となる。また、基準値を時間軸方向の複数の点における受信状態の最小値とすることによって、伝搬路状態が劣悪となるような補正を行なうため、誤り率の低い変調パラメータを選択することが可能となり、伝送品質を向上させることが可能となる。
【００２９】
（１０）また、本発明に係る適応変調制御システムは、受信電力、信号対雑音電力比、信号対干渉波および雑音電力比、搬送波電力、搬送波対雑音電力比、または搬送波対干渉波および雑音電力比のいずれかを時間および周波数の関数で表わした場合の、時間軸および周波数軸方向の平均値、中央値、または最小値のいずれかを前記基準値とし、マルチキャリア無線通信に適用されることを特徴としている。
【００３０】
このように、受信状態を時間軸および周波数の関数で表すことにより、単一の時刻における統計処理よりもサンプリング数を多くすることが可能となるため、一送信単位における制御情報の通知のみの場合よりも高精度で期待値を算出することができる。また、受信状態を周波数の関数で表わした場合に、基準値を時間軸方向の複数の点における受信状態の平均値とすることによって、期待値を高い精度で定めることが可能となる。また、基準値を時間軸方向の複数の点における受信状態の中央値とすることによって、加算処理が軽減されるので、基準値を平均値とする場合よりも演算量を少なくさせることが可能となる。また、基準値を時間軸方向の複数の点における受信状態の最小値とすることによって、伝搬路状態が劣悪となるような補正を行なうため、誤り率の低い変調パラメータを選択することが可能となり、伝送品質を向上させることが可能となる。
【００３１】
（１１）また、本発明に係る適応変調制御システムにおいて、前記補正部は、前記受信した信号の受信品質を判定し、その判定結果によって前記基準値を変更することを特徴としている。
【００３２】
このように、受信品質に応じて基準値を変更するので、受信品質が悪い場合は、基準値を上げることによって、伝搬路状態が劣悪である場合に選択すべき変調パラメータが選択されるように補正を行なうことができる。これにより、誤り率の低い変調パラメータが選択され、伝送品質を向上させることができる。また、受信品質が良い場合は、基準値を下げることによって、伝搬路状態が良好である場合に選択すべき変調パラメータが選択されるように補正を行なうことができる。これにより、伝送レートの高い変調パラメータが選択され、伝送効率を向上させることができる。
【００３３】
（１２）また、本発明に係る適応変調制御システムにおいて、前記補正部は、前記受信状態測定部によって測定された受信状態が大きいほど、前記伝搬路情報が劣悪となるように変更し、または前記受信状態測定部によって測定された受信状態が小さいほど、前記伝搬路情報が良好となるように変更する補正の少なくとも一方を行なうことを特徴としている。
【００３４】
このように、測定した受信状態が大きいほど、伝搬路情報が劣悪となるように変更する補正を行なうので、誤り率が低い変調パラメータが選択されやすくなる。その結果、伝送品質を向上させることが可能となる。一方、測定した受信状態が小さいほど、伝搬路情報が良好となるように変更する補正を行なうので、伝送レートの高い変調パラメータが選択されやすくなる。その結果、伝送効率を向上させることが可能となる。
【００３５】
（１３）また、本発明に係る適応変調制御システムにおいて、前記補正部は、前記受信状態測定部によって測定された受信状態が大きいほど、前記送信時伝搬路状態が劣悪となるように変更し、または前記受信状態測定部によって測定された受信状態が小さいほど、前記送信時伝搬路状態が良好となるように変更する補正の少なくとも一方を行なうことを特徴としている。
【００３６】
このように、測定した受信状態が大きいほど、送信時伝搬路状態が劣悪となるように変更する補正を行なうので、誤り率が低い変調パラメータが選択されやすくなる。その結果、伝送品質を向上させることが可能となる。一方、測定した受信状態が小さいほど、送信時伝搬路状態が良好となるように変更する補正を行なうので、伝送レートの高い変調パラメータが選択されやすくなる。その結果、伝送効率を向上させることが可能となる。
【００３７】
（１４）また、本発明に係る適応変調制御システムにおいて、前記補正部は、前記受信状態測定部によって測定された受信状態が大きいほど、同じ伝搬路状況に対して、より伝送速度が小さい変調パラメータを選択しやすくなるように、前記変調パラメータとの関係式または伝搬路状態と前記変調パラメータとから構成されるテーブルを変更し、または前記受信状態測定部によって測定された受信状態が小さいほど、同じ伝搬路状況に対して、より伝送速度が大きい変調パラメータを選択しやすくなるように、前記変調パラメータとの関係式または伝搬路状態と前記変調パラメータとから構成されるテーブルを変更する補正の少なくとも一方を行なうことを特徴としている。
【００３８】
このように、測定した受信状態が大きいほど、同じ伝搬路状況に対して、より伝送速度が小さい変調パラメータを選択しやすくなるように変更する補正を行なうので、誤り率が低い変調パラメータが選択されやすくなる。その結果、伝送品質を向上させることが可能となる。一方、測定した受信状態が小さいほど、同じ伝搬路状況に対して、より伝送速度が大きい変調パラメータを選択しやすくなるように変更する補正を行なうので、伝送レートの高い変調パラメータが選択されやすくなる。その結果、伝送効率を向上させることが可能となる。
【００３９】
（１５）また、本発明に係る無線通信装置は、請求項１から請求項１４のいずれかに記載の適応変調制御システムに適用される無線通信装置であって、無線信号の送受信を行なう機能を備え、通信相手先から伝搬路状態の測定結果を示す伝搬路情報、前記通信相手先における送信時の伝搬路状態の推定結果を示す伝搬路情報、前記補正後の伝搬路状態の測定結果を示す伝搬路情報、前記通信相手先における前記補正後の送信時の伝搬路状態の推定結果を示す伝搬路情報、または選択した変調パラメータを示す変調パラメータ情報のいずれかを送信または受信することを特徴としている。
【００４０】
この構成により、通信相手先から受信した上記いずれかの情報に基づいて、適切な変調パラメータを選択することができる。その結果、伝搬路状態の時間的な変動の確率に応じた変調パラメータを使用することが可能となる。これにより、伝搬路状態の時間変動が激しい場合であっても、補正を行なうことによって、通信性能の劣化を軽減することが可能となる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、受信状態を測定するので、一定時間経過後に伝搬路状態がどのように変動するのかを確率的に把握することができる。そして、伝搬路情報を、測定した受信状態に基づいて変更する補正を行ない、補正後の伝搬路情報に対応する変調パラメータを選択するので、伝搬路状態の時間的な変動の確率に応じた変調パラメータを使用することが可能となる。これにより、伝搬路状態の時間変動が激しい場合であっても、補正を行なうことによって、通信性能の劣化を軽減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本発明者は、伝搬路状態測定時の受信状態により、一定時間経過後の伝搬路の時間変動の期待値が異なることを見出し、伝搬路状態の推定精度を向上した適応変調通信装置を実現させた。伝搬路状態および受信状態として、それぞれ、信号対雑音電力比（以下、「ＳＮＲ」と呼称する。）と正規化受信電力値を用いる場合を例にとって説明する。フェージング変動の平均値がほぼ一定である場合、ある時刻における受信電力値Ｓ（ｋ）に対する一定時間後の受信電力値Ｓ（ｋ＋Ｄｋ）の相対的な大きさの期待値は、Ｓ（ｋ）の値に依存する。すなわち、伝搬路状態を推定した時点での受信電力値の大きさにより、伝搬路状態に変動が生じた場合の変位の期待値が異なるのである。
【００４３】
図１は、平均受信電力での正規化受信電力値に対する時間変動の累積分布を、計算機シミュレーションにより求めた結果を示す図である。図１において、横軸は、ＳＮＲの時間変動（差分）を表しており、縦軸は累積分布を表している。実線ｃ９１、破線ｃ９２、点線ｃ９３、一点鎖線ｃ９４、二点鎖線ｃ９５は、それぞれ正規化受信電力値が０ｄＢ、＋３ｄＢ、＋１ｄＢ、−１ｄＢ、−３ｄＢのときのＳＮＲの時間変動の累積分布を示している。
【００４４】
図１に示すように、正規化受信電力が大きくなるにしたがって、累積分布は左側にシフトすることがわかる。これは、正規化受信電力値とＳＮＲの時間変動には相関関係があり、その関係は正規化受信電力値が大きくなるに従って、時間変動の分布が小さい方にシフトするということを意味している。
【００４５】
本実施形態に係る適応変調制御システムは、上記の相関関係に着目し、受信電力値により異なる変動変位の期待値を考慮することにより、従来よりも高精度の伝搬路推定を行ない、適応変調システムにおける伝送品質および伝送速度向上を可能とした。
【００４６】
（第１の実施形態）
図２は、第１の実施形態に係る適応変調制御システムの概略構成を示すブロック図である。ここでは、ＯＦＤＭサブキャリア適応変調システムに適用した場合について説明する。図２において、伝搬路測定部１は、受信信号の情報から各サブキャリアにおけるＳＮＲを測定する。受信状態測定部２は、各サブキャリアにおける正規化受信電力を求める。補正部３は、前記正規化受信電力に基づいて、前記伝搬路測定部で測定したＳＮＲを補正する。変調パラメータ選択部４は、補正部３で補正したＳＮＲと、変調パラメータ選択のための関係式あるいはテーブル５とからＭＣＳを選択する。サブキャリア適応変調符号化部６は、上記のように選択したＭＣＳに応じて、サブキャリア毎に適応変調を行なう。ＩＦＦＴ部７は、サブキャリア適応変調符号化部６の出力を逆フーリエ変換し、ディジタルのＯＦＤＭ信号に変換する。Ｄ／Ａ変換部８は、ディジタルのＯＦＤＭ信号をアナログ信号へ変換する。
【００４７】
ここで、第１の実施形態に係る適応変調制御システムについて、伝搬路測定結果の記憶手段を設け、伝搬路測定結果として、過去における幾つかの結果の平均値を使っても良い。これにより、雑音成分の平均化を行なうことができる。
【００４８】
次に、補正部３における正規化受信電力による補正の仕方（補正値の決め方）について説明する。図３は、正規化受信電力の測定結果の例を示す図である。図３において、周波数ｆ５１での正規化受信電力をｒ５１、周波数ｆ５２での正規化受信電力をｒ５２とする。ただし、この例では、正規化のための基準値を平均受信電力ｐ５０としている。すなわち、正規化受信電力は各周波数における受信電力と平均受信電力の比を表す。
【００４９】
（補正例１−１）
第１の補正例として、図３に示す正規化受信電力の測定結果に基づいて、周波数ｆ５１および周波数ｆ５２でのＳＮＲに対して、次のような補正を行なう。なお、以下（１）および（２）の両方の補正を行なっても良い。
（１）受信状態が大きいほど伝搬路状態が劣悪となるように補正を行なう。
（２）受信状態が小さいほど伝搬路状態が良好となるように補正を行なう。
【００５０】
図４（ａ）および（ｂ）は、上記（１）または（２）の補正を行なう様子を示す図である。図４（ａ）および（ｂ）では、例えば、ＳＮＲに基づいて４種類（１，２，３，４）からいずれか一つの変調パラメータ（以下、「ＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）」と呼称する。）を選択し、それぞれのＭＣＳを選択する際の閾値としてｔ６１、ｔ６２、ｔ６３が与えられている場合を表している。図３のｆ５１に対応した補正が図４（ａ）であり、図３のｆ５２に対応した補正が図４（ｂ）である。
【００５１】
第１の補正例における補正の仕方としては、例えば、以下のような手法が考えられる。例えば、測定したＳＮＲ値をｅ、正規化受信電力値をｒ、補正後のＳＮＲ値をｅ’とするとき、式（２）を満たすような補正を行なう。ただしｗは重みである。
【００５２】
【数２】
【００５３】
（補正例１−２）
上記の第１の補正例では、受信電力値が基準値に比べて非常に大きい際に、ｒが非常に大きくなり補正項が大きくなる。補正項が大きくなりすぎた場合、ＳＮＲや受信電力の測定値が誤差を含んでいると、補正後の伝搬路状態の推定精度が大きく劣化する可能性がある。これを解決するために、ｒに上限閾値を設けるという方法が考えられる。すなわち、式（３）を満たすような補正を行なう。
【００５４】
【数３】
【００５５】
（補正例１−３）
以上の例では、各正規化受信電力値に対して補正項を算出するため、演算量が増加してしまう。そこで、予め実験やシミュレーションにより、ｒに対する補正項ｆ（ｒ）をテーブル化しておき、式（４）を満たすような補正を行なってもよい。
【００５６】
【数４】
【００５７】
なお、複数のサブキャリアをグループ化し、グループごとに適応変調を適用するＯＦＤＭ適応変調システムでは、グループごとの伝搬路状態を求める必要があるが、本実施形態を前記サブキャリアのグループ化を適用したＯＦＤＭ適応変調システムに適用することは容易に可能である。すなわち、本実施形態の補正方法を用いてサブキャリアごとに伝搬路状態を補正し、補正した伝搬路状態をグループ化することによりグループごとの補正した伝搬路状態を求め、グループごとの補正した伝搬路状態を基に適応変調を適用すればよい。あるいは、サブキャリアごとの伝搬路状態をグループ化し、グループごとの伝搬路状態に本発明の補正方法を用いてグループごとの補正した伝搬路状態を求め、グループごとの補正した伝搬路状態を基に適応変調を適用すればよい。
【００５８】
以上のように、第１の実施形態に係る適応変調制御システムによれば、正規化受信電力を測定することによって、一定時間経過後にＳＮＲがどのように変動するのかを確率的に把握することができる。そして、正規化受信電力に応じて、ＳＮＲを変更する補正を行ない、補正後のＳＮＲに対応する変調パラメータを選択するので、伝搬路の時間的な変動の確率に即した変調パラメータを使用することが可能となる。これにより、伝搬路の時間変動が激しい場合であっても補正を行なうことにより通信性能の劣化を軽減することが可能となる。
【００５９】
また、伝搬路状態および受信状態の測定、補正、変調パラメータの選択は、受信機で伝搬路状態および受信状態の測定および補正を行ない、その結果を送信機へ伝え、送信機で変調パラメータ選択を行なっても良いし、受信機で伝搬路状態および受信状態を測定し、その結果を送信機へ伝え、送信機で補正と変調パラメータ選択を行なってもよい。また、受信機で伝搬路状態および受信状態の測定、補正、変調パラメータ選択をし、その結果を送信機へ伝えるようにしてもよい。
【００６０】
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係る適応変調制御システムの概略構成を示すブロック図である。ここでは、ＯＦＤＭサブキャリア適応変調システムに適用した場合について説明する。図６において、伝搬路測定部１０は、受信信号の情報からＳＮＲを測定する。記憶部１１は、上記ＳＮＲの測定結果を１または複数回分記憶する。受信状態測定部１２は、各サブキャリアにおける正規化受信電力を求める。送信時伝搬路状態推定部１３は、上記ＳＮＲの測定結果と、記憶部１１に記憶しておいた過去のＳＮＲの測定結果とから、送信時の各サブキャリアにおけるＳＮＲの予測値を求める。補正部１４は、正規化受信電力に基づいて、送信時伝搬路状態推定部１３で推定したＳＮＲ予測値を補正する。変調パラメータ選択部１５は、補正部１４で補正したＳＮＲ予測値と、変調パラメータ選択のための関係式あるいはテーブル１６とからＭＣＳを選択する。サブキャリア適応変調符号化部１７は、上記選択したＭＣＳに応じて、サブキャリア毎に適応変調を行なう。ＩＦＦＴ部１８は、サブキャリア適応変調符号化部１７の出力を逆フーリエ変換し、ディジタルのＯＦＤＭ信号に変換する。Ｄ／Ａ変換部１９は、ディジタルのＯＦＤＭ信号をアナログ信号へ変換する。
【００６１】
図７は、第２の実施形態において変調パラメータを選択する概念を示す図である。過去のＳＮＲ測定結果１２１および１２２を時間外挿し、送信時の伝搬路状態１２３を推定する。そして、正規化受信電力に応じて、予測したＳＮＲを変更する補正を行ない、補正後の送信時伝搬路状態１２４と、伝搬路状態と変調パラメータのテーブル１２５に基づいて、変調パラメータを選択する。これにより、伝搬路推定の精度を向上することが可能となる。
【００６２】
以上のように、第２の実施形態に係る適応変調制御システムによれば、正規化受信電力を測定することによって、一定時間経過後にＳＮＲがどのように変動するのかを確率的に把握することができる。そして、過去の複数のＳＮＲ測定結果を時間外挿することにより送信時のＳＮＲの値を推定し、さらに正規化受信電力に応じてＳＮＲを変更する補正を行ない、補正後のＳＮＲに対応する変調パラメータを選択するので、伝搬路の時間的な変動の確率に即した変調パラメータを使用することが可能となる。これにより、伝搬路の時間変動が激しい場合であっても補正を行なうことにより通信性能の劣化を軽減することが可能となる。
【００６３】
（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態に係る適応変調制御システムの概略構成を示すブロック図である。ここでは、ＯＦＤＭサブキャリア適応変調システムに適用した場合について説明する。図８において、伝搬路測定部２０は、受信信号の情報から各サブキャリアにおけるＳＮＲを測定する。受信状態測定部２１は、各サブキャリアにおける正規化受信電力を求める。ドップラー周波数推定部２２は、ドップラー周波数を推定する。補正部２３は、上記正規化受信電力と上記ドップラー周波数に基づいて、前記伝搬路測定部２０で測定したＳＮＲを補正する。変調パラメータ選択部２４は、補正部２３で補正したＳＮＲと、変調パラメータ選択のための関係式あるいはテーブル２５とからＭＣＳを選択する。サブキャリア適応変調符号化部２６では、選択したＭＣＳに応じて、サブキャリア毎に適応変調を行なう。ＩＦＦＴ部２７は、サブキャリア適応変調符号化部２６の出力を逆フーリエ変換し、ディジタルのＯＦＤＭ信号に変換する。Ｄ／Ａ変換部２８は、前記ディジタルのＯＦＤＭ信号をアナログ信号へ変換する。
［００６４］
第３の実施形態に係る適応変調制御システムは、ドップラー周波数測定部を有し、正規化受信電力に応じて、ＳＮＲを変更する補正を行なう際にドップラー周波数を考慮することにより、伝搬路推定の精度を向上することが可能となる。ドップラー周波数を考慮した補正の仕方としては、例えば、以下のような手法が考えられる。
［００６５］
（補正例３−１）
ドップラー周波数が大きくなると、伝搬路の時間的な変動が激しくなる。すなわち、ある時刻の伝搬路状態と、ある時刻から一定時間経過後の伝搬路状態の相関性が低下するため、変動後の伝搬路状態の確率分布はレイリー分布に近づく。第３の実施形態では、伝搬路状態がレイリー分布であるという予測に基づいているため、ドップラー周波数が大きい場合、補正項を大きくすればよい。つまり、前記重みｗをドップラー周波数ｆｄの関数とし、ｆｄが大きくなるにつれてｗが大きくなるようにｗを決定する。これにより、ドップラー周波数が大きくなるにつれて補正幅を大きくすることができるため、伝搬路推定の精度を向上することが可能となる。
［００６６］
（補正例３−２）
ドップラー周波数を考慮した補正の仕方の他の例としては、以下のような手法が考えられる。受信状態を測定する際に、時間軸上で複数回サンプリングして、その平均値を取ることにより雑音の影響を軽減できるが、ドップラー周波数が大きくなると、シャドウイングの影響が大きくなり、平均値を取る区間が大きすぎると正確な中央値が算出できないという問題が生じる。そこで、シャドウイングの影響を軽減するために、受信状態を算出する際の時間軸上のサンプリング数ｎをｆｄの関数とし、ｆｄが大きくなるにつれてｎが小さくなるようにｎを決定する。これにより、ドップラー周波数あるいは適応変調周期が大きくなるにつれて基準値を算出する際の平均化区間を小さくすることができる。
［００６７］
（補正後） なお、平均値・中央値・最小値を算出する際のサンプルについては、例えば、以下のように行なわれる。すなわち、図９に示すように、基準値（平均値／中央値／最小値）を求める際の受信電力の母集合は、Ｎｃ×Ｎｔ個である。シャドウイングを考慮するため、ドップラー周波数によりＮｔの数（すなわち時間軸方向の区間）を変化させる。このとき、周波数方向に対しては、常に全てのサブキャリアにおける受信電力をサンプリングする。すなわち、周波数方法のサンプリング数は常にＮｃとなる。このとき、平均値は、（Ｎｃ×Ｎｔ）個の受信電力の平均、中央値は、（Ｎｃ×Ｎｔ÷２）番目に大きい（小さい）受信電力値、最小値は、（Ｎｃ×Ｎｔ）個の受信電力の中で最も小さい値である。
【００６８】
以上のように、第３の実施形態に係る適応変調制御システムによれば、正規化受信電力を測定することによって、一定時間経過後にＳＮＲがどのように変動するのかを確率的に把握することができる。そして、正規化受信電力とドップラー周波数に応じて、ＳＮＲを変更する補正を行ない、補正後のＳＮＲに対応する変調パラメータを選択するので、伝搬路の時間的な変動の確率に即した変調パラメータを使用することが可能となる。これにより、伝搬路の時間変動が激しい場合であっても補正を行なうことにより通信性能の劣化を軽減することが可能となる。
【００６９】
（第４の実施形態）
図１０は、第４の実施形態に係る適応変調制御システムの概略構成を示すブロック図である。ここでは、ＯＦＤＭサブキャリア適応変調システムに適用した場合について説明する。図１０において、伝搬路測定部３０は、受信信号の情報から各サブキャリアにおけるＳＮＲを測定する。受信状態測定部３１は、受信状態を求める。補正部３２は、前記受信状態の基準値に基づいて、伝搬路状態と変調パラメータとの関係式あるいはテーブル３３を補正する。変調パラメータ選択部３４は、伝搬路測定部３０で測定したＳＮＲと、補正部３２で補正した変調パラメータ選択のための関係式あるいはテーブルとからＭＣＳを選択する。サブキャリア適応変調符号化部３５は、上記選択したＭＣＳに応じて、サブキャリア毎に適応変調を行なう。ＩＦＦＴ部３６は、サブキャリア適応変調符号化部３５の出力を逆フーリエ変換し、ディジタルのＯＦＤＭ信号に変換する。Ｄ／Ａ変換部３７は、上記ディジタルのＯＦＤＭ信号をアナログ信号へ変換する。
【００７０】
図１１は、第４の実施形態における変調パラメータ選択の概念を示す図である。伝搬路状態と変調パラメータの関係テーブル１１２を変更する補正を行ない、伝搬路状態１１１と補正後の伝搬路状態と変調パラメータの関係テーブル１１３とから変調パラメータを選択する。図５に示す第１の実施形態における補正では、サブキャリア毎の伝搬路状態を補正するため、サブキャリア数が多くなると演算量が大きくなる。一方、第４の実施形態における補正は、伝搬路状態と変調パラメータの関係式あるいはテーブルのみを補正するため、少ない演算量で第１の実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【００７１】
以上のように、第４の実施形態に係る適応変調制御システムによれば、正規化受信電力を測定することによって、一定時間経過後にＳＮＲがどのように変動するのかを確率的に把握することができる。そして、受信状態の基準値に応じて、ＳＮＲと変調パラメータの関係を表すテーブルを変更する補正を行ない、補正後のテーブルに基づいてＳＮＲに対応する変調パラメータを選択するので、伝搬路の時間的な変動の確率に即した変調パラメータを使用することが可能となる。これにより、伝搬路の時間変動が激しい場合であっても補正を行なうことにより通信性能の劣化を軽減することが可能となる。
【００７２】
（第５の実施形態）
第５の実施形態は、上記第２の実施形態と第４の実施形態とを組み合わせた補正手法を採る。図１２は、第５の実施形態において変調パラメータを選択する概念を示す図である。過去のＳＮＲ測定結果１３１および１３２を時間外挿し、送信時の伝搬路状態である送信時伝搬路状態１３３を推定する。一方、伝搬路状態と変調パラメータの関係テーブル１３４を変更する補正を行なう。そして、送信時伝搬路状態１３３と、補正後の伝搬路状態と変調パラメータの関係テーブル１３５とから変調パラメータを選択する。
【００７３】
図５に示す第１の実施形態における補正では、サブキャリア毎の伝搬路状態を補正するため、サブキャリア数が多くなると演算量が大きくなる。一方、第５の実施形態における補正は、伝搬路状態と変調パラメータの関係式あるいはテーブルのみを補正するため、演算量を少なくすることができる。また、時間外挿により送信時の伝搬路状態を推定するので、伝搬路推定の精度を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】平均受信電力での正規化受信電力値に対する時間変動の累積分布を、計算機シミュレーションにより求めた結果を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る適応変調制御システムの概略構成を示すブロック図である。
【図３】正規化受信電力の測定結果の例を示す図である。
【図４】（ａ）は、図３のｆ５１に対応した補正を示す図である。（ｂ）は、図３のｆ５２に対応した補正を示す図である。
【図５】第１の実施形態において変調パラメータを選択する概念を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係る適応変調制御システムの概略構成を示すブロック図である。
【図７】第２の実施形態において変調パラメータを選択する概念を示す図である。
【図８】第３の実施形態に係る適応変調制御システムの概略構成を示すブロック図である。
【図９】第３の実施形態に係る適応変調制御システムにおいて、平均値、中央値または最小値を算出する際のサンプリングの様子を示す図である。
【図１０】第４の実施形態に係る適応変調制御システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１１】第４の実施形態における変調パラメータ選択の概念を示す図である。
【図１２】第５の実施形態において変調パラメータを選択する概念を示す図である。
【図１３】従来のＯＦＤＭサブキャリア適応変調システムの装置構成例を示すブロック図である。
【図１４】非特許文献２記載の伝搬路推定法の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１ 伝搬路測定部
２ 受信状態測定部
３ 補正部
４ 変調パラメータ選択部
５ 変調パラメータテーブル
６ サブキャリア適応変調符号化部
７ ＩＦＦＴ部
８ Ｄ／Ａ変換部
１０ 伝搬路測定部
１１ 記憶部
１２ 受信状態測定部
１３ 送信時伝搬路状態推定部
１４ 補正部
１５ 変調パラメータ選択部
１６ 変調パラメータテーブル
１７ サブキャリア適応変調符号化部
１８ ＩＦＦＴ部
１９ Ｄ／Ａ変換部
２０ 伝搬路測定部
２１ 受信状態測定部
２２ ドップラー周波数推定部
２３ 補正部
２４ 変調パラメータ選択部
２５ 変調パラメータテーブル
２６ サブキャリア適応変調符号化部
２７ ＩＦＦＴ部
２８ Ｄ／Ａ変換部
３０ 伝搬路測定部
３１ 受信状態測定部
３２ 補正部
３３ 変調パラメータテーブル
３４ 変調パラメータ選択部
３５ サブキャリア適応変調符号化部
３６ ＩＦＦＴ部
３７ Ｄ／Ａ変換部
１０１、１０２ 伝搬路状態
１０３ 伝搬路状態と変調パラメータの関係テーブル
１１１ 伝搬路状態
１１２ 伝搬路状態と変調パラメータの関係テーブル
１１３ 補正後の伝搬路状態と変調パラメータの関係テーブル
１２１、１２２ 過去の伝搬路状態
１２３ 外挿により推定した送信時伝搬路状態
１２４ 補正後の送信時伝搬路状態
１２５ 伝搬路状態と変調パラメータの関係テーブル
１３１、１３２ 過去の伝搬路状態
１３３ 外挿により推定した送信時伝搬路状態
１３４ 伝搬路状態と変調パラメータの関係テーブル
１３５ 補正後の伝搬路状態と変調パラメータの関係テーブル
Claims (12)
- 通信相手先から受信した信号の受信電力に基づいて定められる第１の受信状態、または前記第１の受信状態と基準値との比若しくは差で示される第２の受信状態を算出する受信状態測定部と、
伝搬路状態の測定結果を示す伝搬路情報を、前記第１若しくは第２の受信状態に基づいて、前記第１若しくは第２の受信状態が大きいほど、前記伝搬路情報が劣悪となるように変更し、または前記第１若しくは第２の受信状態が小さいほど、前記伝搬路情報が良好となるように変更する補正の少なくとも一方を行なう補正部と、
前記補正後の伝搬路情報に対応する変調パラメータを選択する変調パラメータ選択部と、を備えることを特徴とする適応変調制御システム。 - 通信相手先から受信した信号の受信電力に基づいて定められる第１の受信状態、または前記第１の受信状態と基準値との比若しくは差で示される第２の受信状態を算出する受信状態測定部と、
伝搬路状態の測定結果を示す伝搬路情報を記憶する記憶部と、
現在の伝搬路情報および前記記憶部で記憶した過去の一つまたは複数の伝搬路情報に基づいて、送信時の伝搬路状態である送信時伝搬路状態を推定する送信時伝搬路状態推定部と、
前記送信時伝搬路状態を、前記第１若しくは第２の受信状態に基づいて、前記第１若しくは第２の受信状態が大きいほど、前記送信時伝搬路状態が劣悪となるように変更し、または前記第１若しくは第２の受信状態が小さいほど、前記送信時伝搬路状態が良好となるように変更する補正の少なくとも一方を行なう補正部と、
前記補正後の送信時伝搬路状態に対応する変調パラメータを選択する変調パラメータ選択部と、を備えることを特徴とする適応変調制御システム。 - 通信相手先から受信した信号の受信電力に基づいて定められる第１の受信状態、または前記第１の受信状態と基準値との比若しくは差で示される第２の受信状態を算出する受信状態測定部と、
伝搬路状態と前記変調パラメータとの関係式または伝搬路状態と前記変調パラメータとから構成されるテーブルを、前記第１若しくは第２の受信状態が大きいほど、同じ伝搬路状況に対して、より伝送速度が小さい変調パラメータを選択しやすくなるように、前記変調パラメータとの関係式若しくは伝搬路状態と前記変調パラメータとから構成されるテーブルを変更し、または前記第１または第２の受信状態が小さいほど、同じ伝搬路状況に対して、より伝送速度が大きい変調パラメータを選択しやすくなるように、前記変調パラメータとの関係式若しくは伝搬路状態と前記変調パラメータとから構成されるテーブルを変更する補正の少なくとも一方を行なう補正部と、
前記補正後の関係式またはテーブルに基づいて、伝搬路状態の測定結果を示す伝搬路情報に対応する変調パラメータを選択する変調パラメータ選択部と、を備えることを特徴とする適応変調制御システム。 - 通信相手先から受信した信号の受信電力に基づいて定められる第１の受信状態、または前記第１の受信状態と基準値との比若しくは差で示される第２の受信状態を算出する受信状態測定部と、
伝搬路状態の測定結果を示す伝搬路情報を記憶する記憶部と、
現在の伝搬路情報および前記記憶部で記憶した過去の一つまたは複数の伝搬路情報に基づいて、送信時の伝搬路状態である送信時伝搬路状態を推定する送信時伝搬路状態推定部と、
伝搬路状態と前記変調パラメータとの関係式または伝搬路状態と前記変調パラメータとから構成されるテーブルを、前記第１若しくは第２の受信状態が大きいほど、同じ伝搬路状況に対して、より伝送速度が小さい変調パラメータを選択しやすくなるように、前記変調パラメータとの関係式若しくは伝搬路状態と前記変調パラメータとから構成されるテーブルを変更し、または前記第１若しくは第２の受信状態が小さいほど、同じ伝搬路状況に対して、より伝送速度が大きい変調パラメータを選択しやすくなるように、前記変調パラメータとの関係式若しくは伝搬路状態と前記変調パラメータとから構成されるテーブルを変更する補正の少なくとも一方を行なう補正部と、
前記補正後の関係式またはテーブルに基づいて、前記送信時伝搬路状態に対応する変調パラメータを選択する変調パラメータ選択部と、を備えることを特徴とする適応変調制御システム。 - 前記伝搬路状態は、受信電力、信号対雑音電力比、信号対干渉波および雑音電力比、搬送波電力、搬送波対雑音電力比、または搬送波対干渉波および雑音電力比のいずれかにより定められることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の適応変調制御システム。
- 前記受信状態測定部は、受信電力、信号対雑音電力比、信号対干渉波および雑音電力比、搬送波電力、搬送波電力対雑音電力比、または搬送波対干渉波および雑音電力比のいずれかを前記第１の受信状態とすることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の適応変調制御システム。
- 前記受信状態測定部は、受信電力と基準値との比または差、信号対雑音電力比と基準値との比または差、信号対干渉波および雑音電力比と基準値との比または差、搬送波電力と基準値との比または差、搬送波対雑音電力比と基準値との比または差、並びに搬送波対干渉波および雑音電力比と基準値との比または差のいずれかを前記第２の受信状態として算出することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の適応変調制御システム。
- 前記基準値は、受信電力、信号対雑音電力比、信号対干渉波および雑音電力比、搬送波電力、搬送波対雑音電力比、または搬送波対干渉波および雑音電力比のいずれかを時間の関数で表わした場合の、時間軸方向の複数の点における受信電力、信号対雑音電力比、信号対干渉波および雑音電力比、搬送波電力、搬送波対雑音電力比、または搬送波対干渉波および雑音電力比のいずれかの平均値、中央値、または最小値のいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の適応変調制御システム。
- 受信電力、信号対雑音電力比、信号対干渉波および雑音電力比、搬送波電力、搬送波対雑音電力比、または搬送波対干渉波および雑音電力比のいずれかを周波数の関数で表した場合の、周波数軸方向の平均値、中央値、または最小値のいずれかを前記基準値とし、
マルチキャリア無線通信に適用されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の適応変調制御システム。 - 受信電力、信号対雑音電力比、信号対干渉波および雑音電力比、搬送波電力、搬送波対雑音電力比、または搬送波対干渉波および雑音電力比のいずれかを時間および周波数の関数で表わした場合の、時間軸および周波数軸方向の平均値、中央値、または最小値のいずれかを前記基準値とし、
マルチキャリア無線通信に適用されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の適応変調制御システム。 - 前記補正部は、前記受信した信号の受信品質を判定し、その判定結果によって前記基準値を変更することを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれかに記載の適応変調制御システム。
- 請求項１から請求項１１のいずれかに記載の適応変調制御システムに適用される無線通信装置であって、
無線信号の送受信を行なう機能を備え、通信相手先から伝搬路状態の測定結果を示す伝搬路情報、前記通信相手先における送信時の伝搬路状態の推定結果を示す伝搬路情報、前記補正後の伝搬路状態の測定結果を示す伝搬路情報、前記通信相手先における前記補正後の送信時の伝搬路状態の推定結果を示す伝搬路情報、または選択した変調パラメータを示す変調パラメータ情報のいずれかを送信または受信することを特徴とする無線通信装置。
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