JP4898755B2 - 伝搬路予測システム、無線通信装置および伝搬路予測方法 - Google Patents

Description

本発明は、伝搬路予測を実行する伝搬路予測システム、無線通信装置および伝搬路予測方法に関する。

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を実現可能とするために、受信側が受信した無線信号に基づいて送信側と受信側との間の伝搬路特性を示す伝搬路推定値を計算する伝搬路推定が広く用いられている。

特に、複数のアンテナを利用し、周波数利用効率を向上させるための空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）や多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信などのマルチアンテナ伝送技術は、無線伝搬路の状況に強く依存する。

高速に変動する無線伝搬路において、上記ＳＤＭＡやＭＩＭＯ伝送技術の性能を向上させるために、近年、伝搬路推定を発展させた技術である伝搬路予測の提供が検討されている。伝搬路予測では、ある時刻の伝搬路推定値を用いて、当該時刻よりも未来における伝搬路特性の予測値である伝搬路予測値が計算される。具体的には、線形予測または最小二乗誤差（MMSE）規範予測などの方法によって、伝搬路推定値から伝搬路予測値が計算される（例えば、非特許文献１）。
A. Duel-Hallen, S. Hu and H. Hallen, "Long range prediction of fading signals: Enabling adaptive transmission for mobile radio channels," IEEE Signal Processing Mag., vol.17, No.3, pp.62-75, May 2000．

しかしながら、上述した伝搬路予測には、次のような問題がある。具体的には、受信側が受信した無線信号に含まれるノイズの影響により、伝搬路推定値と現実の伝搬路特性との間には、差（以下、推定誤差）が生じる。このような推定誤差を含む伝搬路推定値を用いて伝搬路予測が実行される場合、伝搬路予測における予測性能が低下する問題があった。

そこで、本発明は、伝搬路推定値に推定誤差が含まれる場合であっても、伝搬路予測における予測性能の低下を抑制できる伝搬路予測システム、無線通信装置および伝搬路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、無線信号の受信側（受信機２０）が受信した前記無線信号に基づいて、前記無線信号の送信側（送信機１０）と前記受信側との間の伝搬路特性を示す伝搬路推定値を計算する伝搬路推定部（伝搬路推定部１１０）と、前記伝搬路推定値を用いて、前記伝搬路推定値が計算された時刻よりも未来における前記伝搬路特性の予測値である伝搬路予測値を計算する伝搬路予測部（伝搬路予測部１２０）とを有する伝搬路予測システム（伝搬路予測システム１００）であって、第１時刻（例えば時刻t_k-1）において前記伝搬路推定部によって計算された前記伝搬路推定値（伝搬路推定値z_k-1）と、前記第１時刻における前記伝搬路特性との間の差を示す推定誤差値（推定誤差値σ²）を計算する推定誤差値計算部（推定誤差計算部１３０）と、前記第１時刻よりも過去の第２時刻（例えば時刻t_k-2）において前記伝搬路予測部が前記第１時刻について計算した前記伝搬路予測値（伝搬路予測値x^_k-1）と、前記第１時刻における前記伝搬路特性との間の差を示す予測誤差値を計算する予測誤差値計算部（予測誤差計算部１４０）とを備え、前記伝搬路予測部は、前記推定誤差値が前記予測誤差値を上回る場合に、前記第１時刻において計算された前記伝搬路推定値よりも、前記第１時刻について計算された前記伝搬路予測値を優先して用いて、前記第１時刻よりも未来の第３時刻（例えば時刻t_k）に対応する前記伝搬路予測値（伝搬路予測値x^_k）を計算し、前記推定誤差値計算部は、前記受信側が前記送信側から受信した前記無線信号のノイズレベルに応じて、前記推定誤差を計算し、前記予測誤差値計算部は、前記第２時刻における前記予測誤差値と前記第２時刻における前記推定誤差値とに応じて、前記第１時刻における前記予測誤差値を計算することを要旨とする。

このような特徴によれば、伝搬路予測部は、推定誤差値が予測誤差値を上回る場合に、第１時刻において計算された伝搬路推定値よりも、第１時刻について計算された伝搬路予測値を優先して用いて、第１時刻よりも未来の第３時刻に対応する伝搬路予測値を計算する。このため、伝搬路推定値に推定誤差が含まれる場合であっても、伝搬路予測における予測性能の低下を抑制できる。

本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記伝搬路予測部は、前記予測誤差値が前記推定誤差値を上回る場合に、前記第１時刻について計算された前記伝搬路予測値よりも、前記第１時刻において計算された前記伝搬路推定値を優先して用いて、前記第３時刻に対応する前記伝搬路予測値を計算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または第２の特徴に係り、前記伝搬路予測部は、前記推定誤差値がゼロである場合に、前記第１時刻において計算された前記伝搬路推定値および前記第１時刻について計算された前記伝搬路予測値のうち、前記伝搬路推定値のみを用いて、前記第３時刻に対応する前記伝搬路予測値を計算することを要旨とする。

本発明の第４の特徴は、本発明の第１〜第３の何れかの特徴に係り、前記伝搬路予測部は、前記予測誤差値がゼロである場合に、前記第１時刻において計算された前記伝搬路推定値および前記第１時刻について計算された前記伝搬路予測値のうち、前記伝搬路予測値のみを用いて、前記第３時刻に対応する前記伝搬路予測値を計算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１〜４の何れかの特徴に係り、前記伝搬路予測部は、前記第１時刻において計算された前記伝搬路推定値および前記第１時刻について計算された前記伝搬路予測値を前記推定誤差値および前記予測誤差値に応じて重み付けするとともに、重み付け後の前記伝搬路推定値および前記伝搬路予測値を合成する重み付け合成部（重み付け合成部１２１）と、前記重み付け後の前記伝搬路推定値および前記伝搬路予測値を合成して得られた重み付け合成値（重み付け合成値z’_k）を用いて、前記第３時刻に対応する前記伝搬路予測値を計算する予測実行部（予測実行部１２３）とを有することを要旨とする。

本発明の第６の特徴は、本発明の第５の特徴に係り、前記重み付け合成部は、前記推定誤差値が大きいほど、前記第１時刻において計算された前記伝搬路推定値に対応する重みを小さくし、前記予測誤差値が大きいほど、前記第１時刻について計算された前記伝搬路予測値に対応する重みを小さくすることを要旨とする。

本発明の第７の特徴は、本発明の第５または第６の特徴に係り、前記重み付け合成部は、前記推定誤差値をＡ、前記予測誤差値をＢ、前記第１時刻において計算された前記伝搬路推定値をＣ、前記第１時刻について計算された前記伝搬路予測値をＤとした場合に、前記重み付け合成値Ｅを、Ｅ＝Ｄ＋｛Ｂ／（Ａ＋Ｂ）｝（Ｃ−Ｄ）の計算式、または前記計算式と等価な計算式により計算することを要旨とする。

本発明の第８の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記伝搬路予測部は、前記推定誤差値が前記予測誤差値を上回る場合に、前記第１時刻において計算された前記伝搬路推定値および前記第１時刻について計算された前記伝搬路予測値のうち、前記伝搬路予測値のみを用いて、前記第３時刻に対応する前記伝搬路予測値を計算し、前記予測誤差値が前記推定誤差値を上回る場合に、前記第１時刻において計算された前記伝搬路推定値および前記第１時刻について計算された前記伝搬路予測値のうち、前記伝搬路推定値のみを用いて、前記第３時刻に対応する前記伝搬路予測値を計算することを要旨とする。

本発明の第９の特徴は、無線信号の受信側（受信機２０）が受信した前記無線信号に基づいて、前記無線信号の送信側（送信機１０）と前記受信側との間の伝搬路特性を示す伝搬路推定値を計算する伝搬路推定部（伝搬路推定部１１０）と、前記伝搬路推定値を用いて、前記伝搬路推定値が計算された時刻よりも未来における前記伝搬路特性の予測値である伝搬路予測値を計算する伝搬路予測部（伝搬路予測部１２０）とを有する無線通信装置（例えば受信機２０）であって、第１時刻（例えば時刻t_k-1）において前記伝搬路推定部によって計算された前記伝搬路推定値（伝搬路推定値z_k-1）と、前記第１時刻における前記伝搬路特性との間の差を示す推定誤差値（推定誤差値σ²）を計算する推定誤差値計算部（推定誤差計算部１３０）と、前記第１時刻よりも過去の第２時刻（例えば時刻t_k-2）において前記伝搬路予測部が前記第１時刻について計算した前記伝搬路予測値と、前記第１時刻における前記伝搬路特性との間の差を示す予測誤差値を計算する予測誤差値計算部（予測誤差計算部１４０）とを備え、前記伝搬路予測部は、前記推定誤差値が前記予測誤差値を上回る場合に、前記第１時刻において計算された前記伝搬路推定値よりも、前記第１時刻について計算された前記伝搬路予測値を優先して用いて、前記第１時刻よりも未来の第３時刻（例えば時刻t_k）に対応する前記伝搬路予測値（伝搬路予測値x^_k）を計算し、前記推定誤差値計算部は、前記受信側が前記送信側から受信した前記無線信号のノイズレベルに応じて、前記推定誤差を計算し、前記予測誤差値計算部は、前記第２時刻における前記予測誤差値と前記第２時刻における前記推定誤差値とに応じて、前記第１時刻における前記予測誤差値を計算することを要旨とする。

本発明の第１０の特徴は、無線信号の受信側が受信した前記無線信号に基づいて、前記無線信号の送信側と前記受信側との間の伝搬路特性を示す伝搬路推定値を計算する伝搬路推定部と、前記伝搬路推定値を用いて、前記伝搬路推定値が計算された時刻よりも未来における前記伝搬路特性の予測値である伝搬路予測値を計算する伝搬路予測部とを用いた伝搬路予測方法であって、第１時刻において前記伝搬路推定部によって計算された前記伝搬路推定値と、前記第１時刻における前記伝搬路特性との間の差を示す推定誤差値を計算するステップ（ステップＳ１０４）と、前記第１時刻よりも過去の第２時刻において前記伝搬路予測部が前記第１時刻について計算した前記伝搬路予測値と、前記第１時刻における前記伝搬路特性との間の差を示す予測誤差値を計算するステップ（ステップＳ１０５）と、前記推定誤差値が前記予測誤差値を上回る場合に、前記伝搬路予測部が、前記第１時刻において計算された前記伝搬路推定値よりも、前記第１時刻について計算された前記伝搬路予測値を優先して用いて、前記第１時刻よりも未来の第３時刻に対応する前記伝搬路予測値を計算するステップ（ステップＳ１０２）とを備え、前記推定誤差値を計算するステップは、前記受信側が前記送信側から受信した前記無線信号のノイズレベルに応じて、前記推定誤差を計算し、前記予測誤差値を計算するステップは、前記第２時刻における前記予測誤差値と前記第２時刻における前記推定誤差値とに応じて、前記第１時刻における前記予測誤差値を計算することを要旨とする。

本発明によれば、伝搬路推定値に推定誤差が含まれる場合であっても、伝搬路予測における予測性能の低下を抑制できる伝搬路予測システム、無線通信装置および伝搬路予測方法を提供できる。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。具体的には、（１）無線通信システムの概略構成、（２）伝搬路予測システムの構成、（３）伝搬路予測システムの動作、（４）シミュレーション評価、（５）作用・効果、（６）その他の実施形態について説明する。以下の実施形態における図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。

（１）無線通信システムの概略構成
図１は、本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。

図１に示すように、無線通信システム１は、送信機１０および受信機２０を有する。送信機１０は、無線信号の送信側であり、受信機２０は、無線信号の受信側である。すなわち、受信機２０は、送信機１０によって送信された無線信号を無線伝搬路３を介して受信する。送信機１０は、無線基地局また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。

受信機２０は、送信機１０から受信した無線信号を分析し、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。送信機１０は、送信アンテナ１２に加え、送信処理部１１を有する。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、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。

受信機２０は、受信アンテナ２２に加え、受信処理部２１および伝搬路予測システム１００を有する。受信処理部２１は、受信アンテナ２２が受信した無線信号の受信処理（具体的には、等化検波処理など）を実行する。受信機２０は、受信処理により、受信した無線信号から受信データを生成する。

伝搬路予測システム１００は、上述した伝搬路推定および伝搬路予測を実行する。具体的には、伝搬路予測システム１００は、処理遅延時間先の時刻（すなわち、送信機１０が次に無線信号を送信する時刻）に対応する伝搬路予測値を計算し、計算した伝搬路予測値に基づく値をフィードバック情報として生成する。

（２）伝搬路予測システムの構成
引き続き図１を参照して、伝搬路予測システム１００の構成について説明する。

伝搬路予測システム１００は、伝搬路推定部１１０、伝搬路予測部１２０、推定誤差計算部１３０および予測誤差計算部１４０を有する。また、伝搬路予測部１２０は、重み付け合成部１２１、合成値記憶部１２２および予測実行部１２３を有する。予測誤差計算部１４０は、誤差計算部１４１、誤差記憶部１４２および誤差予測部１４３を有する。

伝搬路推定部１１０は、伝搬路推定を実行する。具体的には、伝搬路推定部１１０は、無線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、無線伝搬路３の伝搬路特性を示す伝搬路推定値z_kを定期的に計算する。ここで既知信号とは、振幅や位相などの設定値が送信側と受信側とにおいて既知の信号系列である。参照信号は、既知信号と同等の信号系列である。

なお、送信側と受信側との間に伝搬路が多数存在する場合、伝搬路推定部１１０は、必要に応じて、全伝搬路の推定を実行する。

伝搬路推定部１１０が計算した伝搬路推定値z_kには、受信機２０が受信した無線信号に含まれるノイズの影響により、推定誤差が含まれている。伝搬路推定値z_kは、伝搬路予測部１２０に供給される。伝搬路推定値z_kは、受信処理部２１にも供給され、受信処理部２１における等化処理などの受信処理に使用される。

伝搬路予測部１２０は、伝搬路推定部１１０が計算した伝搬路推定値z_kを用いて、伝搬路予測を実行する。本実施形態では、伝搬路予測部１２０は、線形予測により伝搬路推定値z_kから伝搬路予測値を計算する。

一般的な線形予測では、図２に示すように、時刻t_k-2において計算された伝搬路推定値z_k-2と、時刻t_k-1において計算された伝搬路推定値z_k-1とを用いて、時刻t_kにおける伝搬路特性（真値）x_kの予測値である伝搬路予測値x^_kが計算される。なお、ハット（^）は、予測値を表している。

また、一般的な線形予測では、式（１）に示すように、時刻t_k-1および時刻t_k-2と、時刻t_kとの時間間隔に応じて、伝搬路予測値x^_kが線形的に計算される。

本実施形態では、伝搬路予測部１２０の予測実行部１２３は、式（２）に従って、伝搬路推定値z_k-2および伝搬路推定値z_k-1から伝搬路予測値x^_kを線形予測する。なお、送信側と受信側との間に伝搬路が多数存在する場合、伝搬路予測部１２０は、必要に応じて、全伝搬路の予測を実行する。

式（２）は、伝搬路推定値z_k-1および伝搬路推定値z_k-2を直接利用していない点において、式（１）に示した一般的な線形予測とは異なる。具体的には、式（２）では、伝搬路推定値z_k-1および伝搬路推定値z_k-2に代えて、重み付け合成値z’_k-1および重み付け合成値z’_k-2が使用されている。これは、伝搬路推定値z_k-1および伝搬路推定値z_k-2に推定誤差が含まれているために、直接利用すると、伝搬路特性（真値）x_kを予測する精度が悪化するためである。

z’_k-1およびz’_k-2は、予め計算して準備しておく必要がある。また、最初の計算時、つまり、t=t₀時において、初期値として、z’_-1およびz’_-2を設定する必要がある。以下では、数式に合わせるため、z’_k-1の計算の代わりに、z’_kの計算（式３および関連式４，５，６）を説明する。z’_kは、t=t_k時に、t=t_k+1時の伝搬路を予測するために利用される。

ここで、重み付け合成値z’_kについて説明する。伝搬路予測部１２０の重み付け合成部１２１は、時刻t_kにおいて得られた伝搬路推定値z_kおよび伝搬路予測値x^_kを用いて、式（３）により重み付け合成値z’_kを計算する。

計算された重み付け合成値z’_kは、合成値記憶部１２２に記憶される。予測実行部１２３は、時刻t_kよりも未来の時刻t_k+1に対応する伝搬路予測値x^_k+1を計算する際に、合成値記憶部１２２に記憶された重み付け合成値z’_kを利用する。

式(３)のg_kは、調整利得と言い、ノイズの影響を抑えるための重み係数である。調整利得g_kは、式(４)で定義される。

式(４)において、e^_k ²は、予測実行部１２３が計算した伝搬路予測値x^_kと、伝搬路特性（真値）x_kとの間の差（予測誤差）の近似値であり、以下において予測誤差値と称する。予測誤差値e^_k ²は、予測誤差計算部１４０によって計算される。

式(４)において、σ²は、伝搬路推定部１１０が計算した伝搬路推定値z_kと、伝搬路特性（真値）x_kとの間の差（推定誤差）のレベルであり、以下において推定誤差値と称する。推定誤差値σ²は、推定誤差計算部１３０によって計算される。

推定誤差値σ²がゼロである場合、推定誤差が存在しない、すなわち、伝搬路推定値z_k=伝搬路特性（真値）x_kである場合、伝搬路推定値z_kの信頼性が高いことになる。よって、重み付け合成値z’_kとして、伝搬路推定値z_kをそのまま利用するのが望ましい。このため、推定誤差値σ²=0である場合、式(４)において調整利得g_kが1になり、式(３)において重み付け合成値z’_k=伝搬路推定値z_kになる。

逆に、推定誤差値σ²>0である場合、伝搬路推定値z_kに推定誤差が含まれているので、1より小さい重み付け後に利用する。すなわち、推定誤差値σ²>0である場合、調整利得g_k<1になる。

予測誤差値e^_k ²に対しても同様な説明ができる。予測誤差値e^_k ²がゼロである場合、予測誤差が存在しないので、伝搬路予測値x^_kの信頼性が高いことになり、伝搬路予測値x^_kを利用することが望ましい。このため、予測誤差値e^_k ²=0である場合、式(４)において調整利得g_kが0になり、重み付け合成値z’_k=伝搬路予測値x^_kになる。

逆に、予測誤差値e^_k ²>0である場合、伝搬路予測値x^_kをそのまま利用するのではなく、1よりも小さい重み付け後に利用する。すなわち、予測誤差値e^_k ²>0である場合、調整利得g_k<1になる。

このように、推定誤差値σ²および予測誤差値e^_k ²の値に応じて、伝搬路推定値z_kおよび伝搬路予測値x^_kのうち、より信頼できる方に対して、より大きい重みを付け、より大きい割合で利用する。

つまり、伝搬路予測部１２０は、推定誤差値σ²が予測誤差値e^_k ²を上回る場合に、伝搬路推定値z_kよりも伝搬路予測値x^_kを優先して用いて、伝搬路予測値x^_k+1を計算する。これにより、伝搬路推定値z_kにおけるノイズの影響が軽減され、予測性能が改善される。また、伝搬路予測部１２０は、予測誤差値e^_k ²が推定誤差値σ²を上回る場合には、伝搬路予測値x^_kよりも伝搬路推定値z_kを優先的に用いて、伝搬路予測値x^_k+1を計算する。

次に、推定誤差値σ²および予測誤差値e^_k ²の計算方法について説明する。

推定誤差値σ²=E[(z_k-x_k)]²であるため、真値に含まれるノイズおよび干渉レベルと理解できる。一般的に、通信システムにおいて、既知パラメータであると考えられる。また、受信信号に含まれる既知信号を利用した相関計算等によってもσ²を推定できる。

予測誤差計算部１４０は、式(５)に従ってe^_kを計算した後、二乗を取ることで予測誤差値e^_k ²を計算する。

式(５)に示す誤差e_k-1は、時刻t_k-1における伝搬路推定値z_k-1と伝搬路特性（真値）x_k-1との誤差と解釈できる。そして、時刻t_k時の予測誤差では、時刻t_k-1における誤差e_k-1が(t_k-t_k-2)/(t_k-1-t_k-2)倍に拡大されると近似する。

予測誤差計算部１４０の誤差計算部１４１は、式(６)を用いて、推定誤差値σ²および予測誤差値e^_k ²から誤差e_k ²を計算する。e_k ²は、e^_k+1を計算する時に利用される。

誤差計算部１４１が計算した誤差e_kは、誤差記憶部１４２に記憶され、誤差予測部１４３によって利用される。

（３）伝搬路予測システムの動作
次に、伝搬路予測システム１００の動作について説明する。図３は、伝搬路予測システム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、伝搬路予測システム１００は、t₀(k=0)が最初の受信時刻である場合、k=0のようにｋを初期化するとともに、重み付け合成値z’_k-1および重み付け合成値z’_k-2などについての初期値を設定する。k=0時の初期値z’_-2, z’_-1およびe^₀ ², e^₁ ²は、下記のように設定される。

ステップＳ１０２において、予測実行部１２３は、式（２）に従って、合成値z’_k-2および合成値z’_k-1から、伝搬路予測値x^_kを線形予測する。

ステップＳ１０３において、伝搬路推定部１１０は、伝搬路推定により、伝搬路推定値z_kを計算する。

ステップＳ１０４において、推定誤差計算部１３０は、伝搬路推定部１１０は、無線信号のノイズレベルから推定誤差値σ²を計算する。一般的な通信システムにおいてσ²が頻繁に変化しないので、一定時間間隔（例えば約０．５秒〜数秒間隔）で計算しても良い。

ステップＳ１０５において、予測誤差計算部１４０は、式(５)および式(７)に従って、予測誤差値e^_k ²を計算する。

ステップＳ１０６において、伝搬路予測部１２０の重み付け合成部１２１は、伝搬路推定部１１０が生成した伝搬路推定値z_k、および予測実行部１２３が生成した伝搬路予測値x^_kを用いて、式（３）により重み付け合成値z’_kを計算する。

ステップＳ１０７において、伝搬路予測部１２０の合成値記憶部１２２は、重み付け合成部１２１によって計算された重み付け合成値z’_kを記憶する。

ステップＳ１０８において、伝搬路予測システム１００は、処理を終了するか否かを判定する。処理を継続する場合、ステップＳ１０９において、時間を表すｋに１が加算されて、処理がステップＳ１０２に戻る。

（４）シミュレーション評価
次に、本実施形態によって得られる効果を明らかにするために、シミュレーション評価の結果について説明する。

シミュレーションでは、ドップラー周波数：100Hz(周波数2GHzにおいて移動速度54Km/h相当)のフェージング変動のI成分に対して伝搬路予測を実行した。

シミュレーション諸元：
・フェージング変動：100Hz レイリー一様フェージング(I成分)
・t_k=478k (μs) (k=0,1,2,...)

また、シミュレーションの便宜上、推定誤差は、信号の平均電力に対して、レベルSNR(dB)のノイズとした。言い換えれば、伝搬路の真値に、信号の平均電力に対してレベルSNR(dB)のノイズを印加した値を伝搬路の推定値とした。

予測値対伝搬路真値の二乗誤差対SNR性能のシミュレーション結果を図４に示す。図４（ａ）に示すように、本実施形態（提案方式１）では、一般的な線形予測およびMMSE規範予測と比べて約3dB改善されたことが分かる。図４（ｂ）に示すように、ノイズが少ない状況（例えばSNR>35dB）であるとき、MMSE規範予測が特性が良くなっている。しかし、一般的にSNR<30dBであるため、本実施形態が優位であるといえる。

MMSE規範予測は、最適予測であるが、本実施形態のようなノイズ抑圧能力がない。したがって、伝搬路推定値に推定誤差が含まれる場合において、最適と限らない。さらに、MMSE規範予測は、演算量も多い、観測点と予測点の伝搬路の相関値を知る必要があるといった欠点がある。

従来の線形予測は非常に処理が簡単であるが、伝搬路推定値に推定誤差が含まれると性能を期待できない。

なお、素波の各種パラメータ（例えば、到来方向、ドップラー周波数、振幅等）を利用して、伝搬路予測を行う手法も提案されているが、パラメータ推定の分解能の問題に加え、ノイズ等の影響で、推定精度にも問題があり、伝搬路のパラメータを利用する予測方法の有効性に疑問がある。また、複雑な演算も必要である。

一方、本実施形態では、素波のパラメータを利用していないので、計算が簡単、実現容易である。また、観測点と予測点伝搬路の相関性を利用していないので、統計特性がわからない環境でも利用できる。さらに、実現容易であるため実装コストが少なく、計算簡単であるため消費電力も少ない。

（５）作用・効果
以下では、説明の便宜上、数式とは異なりt_k+1に対応する伝搬路予測値x^_k+1の計算について述べる。本実施形態によれば、伝搬路予測部１２０は、推定誤差値σ²が予測誤差値e^_k ²を上回る場合に、時刻t_kにおいて計算された伝搬路推定値z_kよりも、時刻t_kについて計算された伝搬路予測値x^_kを優先して用いて、時刻t_kよりも未来の時刻t_k+1に対応する伝搬路予測値x^_k+1を計算する。このため、伝搬路推定値z_kに推定誤差が含まれる場合であっても、伝搬路予測における予測性能の低下を抑制できる。

本実施形態では、伝搬路予測部１２０は、予測誤差値e^_k ²が推定誤差値σ²を上回る場合に、伝搬路予測値x^_kよりも伝搬路推定値z_kを優先して用いて、伝搬路予測値x^_k+1を計算する。このため、伝搬路予測値x^_kに予測誤差が含まれる場合であっても、伝搬路予測における予測性能の低下を抑制できる。

本実施形態では、伝搬路予測部１２０は、推定誤差値σ²がゼロである場合に、伝搬路推定値z_kおよび伝搬路予測値x^_kのうち伝搬路推定値z_kのみを用いて、伝搬路予測値x^_k+1を計算する。したがって、信頼性が非常に高い伝搬路推定値z_kを用いた伝搬路予測が可能となり、予測性能がさらに改善する。

本実施形態では、伝搬路予測部１２０は、予測誤差値e^_k ²がゼロである場合に、伝搬路推定値z_kおよび伝搬路予測値x^_kのうち伝搬路予測値x^_kのみを用いて、伝搬路予測値x^_k+1を計算する。したがって、信頼性が非常に高い伝搬路予測値x^_kを用いた伝搬路予測が可能となり、予測性能がさらに改善する。

本実施形態では、伝搬路予測部１２０は、伝搬路推定値z_kおよび伝搬路予測値x^_kを推定誤差値σ²および予測誤差値e^_k ²に応じて重み付けするとともに、重み付け後の伝搬路推定値z_kおよび伝搬路予測値x^_kを合成する重み付け合成部１２１と、重み付け後の伝搬路推定値z_kおよび伝搬路予測値x^_kを合成して得られた重み付け合成値z’_kを用いて、伝搬路予測値x^_k+1を計算する予測実行部１２３とを有する。

重み付け合成部１２１は、推定誤差値σ²が大きいほど伝搬路推定値z_kに対応する重みを小さくし、予測誤差値e^_k ²が大きいほど伝搬路予測値x^_kに対応する重みを小さくする。これにより、伝搬路推定値z_kおよび伝搬路予測値x^_kにおいて、より信頼できる方に対して、より大きい重みを付け、より大きい割合で利用することができる。

本実施形態では、重み付け合成部１２１は、推定誤差値をＡ、予測誤差値をＢ、第１時刻において計算された伝搬路推定値をＣ、第１時刻について計算された伝搬路予測値をＤとした場合に、重み付け合成値Ｅを、Ｅ＝Ｄ＋｛Ｂ／（Ａ＋Ｂ）｝（Ｃ−Ｄ）の計算式により計算する。あるいは、当該計算式を変形した等価計算式を利用しても良い。このような計算式により、重み付け合成値が精度良く計算できる。

本実施形態では、推定誤差計算部１３０は、受信機２０が送信機１０から受信した無線信号のノイズレベルに応じて、推定誤差値σ²を計算する。このため、無線伝搬路３の状況に合致した推定誤差値σ²を精度良く計算できる。

本実施形態では、予測誤差計算部１４０は、時刻t_k-1に対応する伝搬路推定値z_k-1と、時刻t_k-1における伝搬路特性（真値）x_k-1との間の差を示す過去誤差値（誤差e_k-1）に基づいて、予測誤差値e^_k ²を計算するため、予測誤差値e^_k ²を精度良く計算できる。

（６）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、伝搬路予測部１２０は、重み付け合成値z’_kを用いて伝搬路予測値x^_k+1を計算していた。しかしながら、このような重み付け合成に限らず、伝搬路推定値z_kまたは伝搬路予測値x^_kの何れか一方を単に選択する構成であってもよい。この構成では、伝搬路予測部１２０は、推定誤差値σ²が予測誤差値e^_k ²を上回る場合に、伝搬路推定値z_kおよび伝搬路予測値x^_kのうち、伝搬路予測値x^_kのみを用いて伝搬路予測値x^_k+1を計算する。また、伝搬路予測部１２０は、予測誤差値e^_k ²が推定誤差値σ²を上回る場合に、伝搬路推定値z_kおよび伝搬路予測値x^_kのうち、伝搬路推定値z_kのみを用いて伝搬路予測値x^_k+1を計算する。

上述した実施形態では、式（２）を利用して伝搬路予測値x^_kが計算されていた。しかしながら、式（２）を変形して利用してもよい。

上述した各実施形態では、伝搬路予測システム１００が受信機２０に設けられていたが、伝搬路予測システム１００の少なくとも一部（例えば、伝搬路予測部１２０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マルチアンテナ伝送システムについて説明したが、フィードバックを用いない開ループ方式によるマルチアンテナ伝送システムに本発明を適用可能である。また、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していたが、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）通信システムや、送信機１０が１つのアンテナのみを有する１入力多出力（ＳＩＭＯ）通信システムなど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。

本発明の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。 一般的な予測を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る伝搬路予測システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る伝搬路予測システムのシミュレーション結果を示す図である。

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…送信処理部、１２…送信アンテナ、２０…受信機、２１…受信処理部、２２…受信アンテナ、１００…伝搬路予測システム、１１０…伝搬路推定部、１２０…伝搬路予測部、１２１…重み付け合成部、１２２…合成値記憶部、１２３…予測実行部、１３０…推定誤差計算部、１４０…予測誤差計算部、１４１…誤差計算部、１４２…誤差記憶部、１４３…誤差予測部

Claims (10)

1. 無線信号の受信側が受信した前記無線信号に基づいて、前記無線信号の送信側と前記受信側との間の伝搬路特性を示す伝搬路推定値を計算する伝搬路推定部と、
   前記伝搬路推定値を用いて、前記伝搬路推定値が計算された時刻よりも未来における前記伝搬路特性の予測値である伝搬路予測値を計算する伝搬路予測部と
   を有する伝搬路予測システムであって、
   第１時刻において前記伝搬路推定部によって計算された前記伝搬路推定値と、前記第１時刻における前記伝搬路特性との間の差を示す推定誤差値を計算する推定誤差値計算部と、
   前記第１時刻よりも過去の第２時刻において前記伝搬路予測部が前記第１時刻について計算した前記伝搬路予測値と、前記第１時刻における前記伝搬路特性との間の差を示す予測誤差値を計算する予測誤差値計算部と
   を備え、
   前記伝搬路予測部は、前記推定誤差値が前記予測誤差値を上回る場合に、前記第１時刻において計算された前記伝搬路推定値よりも、前記第１時刻について計算された前記伝搬路予測値を優先して用いて、前記第１時刻よりも未来の第３時刻に対応する前記伝搬路予測値を計算し、
   前記推定誤差値計算部は、前記受信側が前記送信側から受信した前記無線信号のノイズレベルに応じて、前記推定誤差を計算し、
   前記予測誤差値計算部は、前記第２時刻における前記予測誤差値と前記第２時刻における前記推定誤差値とに応じて、前記第１時刻における前記予測誤差値を計算する伝搬路予測システム。
2. 前記伝搬路予測部は、前記予測誤差値が前記推定誤差値を上回る場合に、前記第１時刻について計算された前記伝搬路予測値よりも、前記第１時刻において計算された前記伝搬路推定値を優先して用いて、前記第３時刻に対応する前記伝搬路予測値を計算する請求項１に記載の伝搬路予測システム。
3. 前記伝搬路予測部は、前記推定誤差値がゼロである場合に、前記第１時刻において計算された前記伝搬路推定値および前記第１時刻について計算された前記伝搬路予測値のうち、前記伝搬路推定値のみを用いて、前記第３時刻に対応する前記伝搬路予測値を計算する請求項１または２に記載の伝搬路予測システム。
4. 前記伝搬路予測部は、前記予測誤差値がゼロである場合に、前記第１時刻において計算された前記伝搬路推定値および前記第１時刻について計算された前記伝搬路予測値のうち、前記伝搬路予測値のみを用いて、前記第３時刻に対応する前記伝搬路予測値を計算する請求項１〜３の何れか一項に記載の伝搬路予測システム。
5. 前記伝搬路予測部は、
   前記第１時刻において計算された前記伝搬路推定値および前記第１時刻について計算された前記伝搬路予測値を前記推定誤差値および前記予測誤差値に応じて重み付けするとともに、重み付け後の前記伝搬路推定値および前記伝搬路予測値を合成する重み付け合成部と、
   前記重み付け後の前記伝搬路推定値および前記伝搬路予測値を合成して得られた重み付け合成値を用いて、前記第３時刻に対応する前記伝搬路予測値を計算する予測実行部と
   を有する請求項１〜４の何れか一項に記載の伝搬路予測システム。
6. 前記重み付け合成部は、
   前記推定誤差値が大きいほど、前記第１時刻において計算された前記伝搬路推定値に対応する重みを小さくし、
   前記予測誤差値が大きいほど、前記第１時刻について計算された前記伝搬路予測値に対応する重みを小さくする請求項５に記載の伝搬路予測システム。
7. 前記重み付け合成部は、前記推定誤差値をＡ、前記予測誤差値をＢ、前記第１時刻において計算された前記伝搬路推定値をＣ、前記第１時刻について計算された前記伝搬路予測値をＤとした場合に、前記重み付け合成値Ｅを、
   Ｅ＝Ｄ＋｛Ｂ／（Ａ＋Ｂ）｝（Ｃ−Ｄ）
   の計算式、または前記計算式と等価な計算式により計算する請求項５または６に記載の伝搬路予測システム。
8. 前記伝搬路予測部は、
   前記推定誤差値が前記予測誤差値を上回る場合に、前記第１時刻において計算された前記伝搬路推定値および前記第１時刻について計算された前記伝搬路予測値のうち、前記伝搬路予測値のみを用いて、前記第３時刻に対応する前記伝搬路予測値を計算し、
   前記予測誤差値が前記推定誤差値を上回る場合に、前記第１時刻において計算された前記伝搬路推定値および前記第１時刻について計算された前記伝搬路予測値のうち、前記伝搬路推定値のみを用いて、前記第３時刻に対応する前記伝搬路予測値を計算する請求項１に記載の伝搬路予測システム。
9. 無線信号の受信側が受信した前記無線信号に基づいて、前記無線信号の送信側と前記受信側との間の伝搬路特性を示す伝搬路推定値を計算する伝搬路推定部と、
   前記伝搬路推定値を用いて、前記伝搬路推定値が計算された時刻よりも未来における前記伝搬路特性の予測値である伝搬路予測値を計算する伝搬路予測部と
   を有する無線通信装置であって、
   第１時刻において前記伝搬路推定部によって計算された前記伝搬路推定値と、前記第１時刻における前記伝搬路特性との間の差を示す推定誤差値を計算する推定誤差値計算部と、
   前記第１時刻よりも過去の第２時刻において前記伝搬路予測部が前記第１時刻について計算した前記伝搬路予測値と、前記第１時刻における前記伝搬路特性との間の差を示す予測誤差値を計算する予測誤差値計算部と
   を備え、
   前記伝搬路予測部は、前記推定誤差値が前記予測誤差値を上回る場合に、前記第１時刻において計算された前記伝搬路推定値よりも、前記第１時刻について計算された前記伝搬路予測値を優先して用いて、前記第１時刻よりも未来の第３時刻に対応する前記伝搬路予測値を計算し、
   前記推定誤差値計算部は、前記受信側が前記送信側から受信した前記無線信号のノイズレベルに応じて、前記推定誤差を計算し、
   前記予測誤差値計算部は、前記第２時刻における前記予測誤差値と前記第２時刻における前記推定誤差値とに応じて、前記第１時刻における前記予測誤差値を計算する無線通信装置。
10. 無線信号の受信側が受信した前記無線信号に基づいて、前記無線信号の送信側と前記受信側との間の伝搬路特性を示す伝搬路推定値を計算する伝搬路推定部と、
    前記伝搬路推定値を用いて、前記伝搬路推定値が計算された時刻よりも未来における前記伝搬路特性の予測値である伝搬路予測値を計算する伝搬路予測部と
    を用いた伝搬路予測方法であって、
    第１時刻において前記伝搬路推定部によって計算された前記伝搬路推定値と、前記第１時刻における前記伝搬路特性との間の差を示す推定誤差値を計算するステップと、
    前記第１時刻よりも過去の第２時刻において前記伝搬路予測部が前記第１時刻について計算した前記伝搬路予測値と、前記第１時刻における前記伝搬路特性との間の差を示す予測誤差値を計算するステップと、
    前記推定誤差値が前記予測誤差値を上回る場合に、前記伝搬路予測部が、前記第１時刻において計算された前記伝搬路推定値よりも、前記第１時刻について計算された前記伝搬路予測値を優先して用いて、前記第１時刻よりも未来の第３時刻に対応する前記伝搬路予測値を計算するステップと
    を備え、
    前記推定誤差値を計算するステップは、前記受信側が前記送信側から受信した前記無線信号のノイズレベルに応じて、前記推定誤差を計算し、
    前記予測誤差値を計算するステップは、前記第２時刻における前記予測誤差値と前記第２時刻における前記推定誤差値とに応じて、前記第１時刻における前記予測誤差値を計算する伝搬路予測方法。

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