(57)【要約】【課題】無線通信環境が急激に変化する場合であっても、変化後の無線通信環境に最適な予測フィルタ係数を短時間で計算できる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、予測フィルタ係数を用いて、伝搬路特性の変動傾向に従った予測チャネル情報を計算する。チャネル予測システム１００は、予測制御部１０４およびチャネル予測部１０３を有する。予測制御部１０４は、チャネル予測システム１００が予測チャネル情報を所要の精度で計算できる許容範囲を超えて上記変動傾向が変化したか否かを判定し、上記許容範囲を超えて上記変動傾向が変化した場合、推定チャネル情報と、推定チャネル情報に基づいて計算された値とを初期化する。チャネル予測部１０３は、初期化が実行された場合、新たに取得された推定チャネル情報に基づき、予測フィルタ係数を改めて計算する。【選択図】図１
2010045434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線信号の送信側と前記無線信号の受信側との間の伝搬路特性を示す推定チャネル情報を取得する取得部と、
前記取得部によって取得された少なくとも１つの前記推定チャネル情報に基づき、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の計算に用いられる予測フィルタ係数を計算する係数計算部と
を有し、
前記予測フィルタ係数を用いて、前記伝搬路特性の変動傾向に従った前記予測チャネル情報を計算するチャネル予測システムであって、
前記チャネル予測システムが前記予測チャネル情報を所要の精度で計算できる許容範囲を超えて前記変動傾向が変化したか否かを判定する判定部と、
前記判定部によって前記許容範囲を超えて前記変動傾向が変化したと判定された場合、前記推定チャネル情報と、前記推定チャネル情報に基づいて計算された値とを初期化する初期化部と
を備え、
前記係数計算部は、前記初期化部による初期化が実行された場合、前記取得部によって新たに取得された前記推定チャネル情報に基づき、前記予測フィルタ係数を改めて計算するチャネル予測システム。
【請求項２】
前記送信側は、直交周波数分割多重方式に従った前記無線信号を送信し、
前記受信側は、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し、
前記判定部は、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が閾値を超える場合に、前記許容範囲を超えて前記変動傾向が変化したと判定する請求項１に記載のチャネル予測システム。
【請求項３】
前記受信側は、前記送信側から受信した前記無線信号に含まれるパケットデータの誤り率を検出し、
前記送信側は、前記予測チャネル情報に基づき、前記誤り率を所定値以下にする送信制御を実行し、
前記判定部は、前記誤り率が閾値を超える場合に、前記許容範囲を超えて前記変動傾向が変化したと判定する請求項１に記載のチャネル予測システム。
【請求項４】
前記送信側または前記受信側は移動可能であり、
前記判定部は、前記送信側または前記受信側における移動速度の単位時間当たりの変化量、または前記移動速度に起因するドップラー周波数の単位時間当たりの変化量が閾値を超える場合に、前記変動傾向が前記許容範囲を超えて変化したと判定する請求項１に記載のチャネル予測システム。
【請求項５】
前記判定部は、前記取得部によって新たに取得された前記推定チャネル情報と、前記新たに取得された前記推定チャネル情報と同タイミングについて計算された前記予測チャネル情報との差を表す予測誤差が複数回連続して閾値を超える場合に、前記変動傾向が前記許容範囲を超えて変化したと判定する請求項１に記載のチャネル予測システム。
【請求項６】
無線信号の送信側と前記無線信号の受信側との間の伝搬路特性を示す推定チャネル情報を取得する取得部と、
前記取得部によって取得された少なくとも１つの前記推定チャネル情報に基づき、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の計算に用いられる予測フィルタ係数を計算する係数計算部と
を有し、
前記予測フィルタ係数を用いて、前記伝搬路特性の変動傾向に従った前記予測チャネル情報を計算する無線通信装置であって、
前記チャネル予測システムが前記予測チャネル情報を所要の精度で計算できる許容範囲を超えて前記変動傾向が変化したか否かを判定する判定部と、
前記判定部によって前記許容範囲を超えて前記変動傾向が変化したと判定された場合、前記推定チャネル情報と、前記推定チャネル情報に基づいて計算された値とを初期化する初期化部と
を備え、
前記係数計算部は、前記初期化部による初期化が実行された場合、前記取得部によって新たに取得された前記推定チャネル情報に基づき、前記予測フィルタ係数を改めて計算する無線通信装置。
【請求項７】
無線信号の送信側と前記無線信号の受信側との間の伝搬路特性を示す推定チャネル情報を取得するステップと、
前記取得するステップによって取得された少なくとも１つの前記推定チャネル情報に基づき、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の計算に用いられる予測フィルタ係数を計算するステップと
を有し、
前記予測フィルタ係数を用いて、前記伝搬路特性の変動傾向に従った前記予測チャネル情報を計算するチャネル予測方法であって、
前記予測チャネル情報を所要の精度で計算できる許容範囲を超えて前記変動傾向が変化したか否かを判定するステップと、
前記判定するステップによって前記許容範囲を超えて前記変動傾向が変化したと判定された場合、前記推定チャネル情報と、前記推定チャネル情報に基づいて計算された値とを初期化するステップと
を備え、
前記計算するステップでは、前記初期化するステップによる初期化が実行された場合、前記取得するステップによって新たに取得された前記推定チャネル情報に基づき、前記予測フィルタ係数を改めて計算するチャネル予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャネル予測を実行す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。
【背景技術】
【０００２】
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）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知られている。
【０００３】
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（非特許文献１参照）。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、次の無線信号の送信時における推定チャネル情報の予測値（以下、「予測チャネル情報」）が計算される。このようなチャネル予測により、伝搬路特性の変動傾向に従った予測チャネル情報が計算され、応通信制御を適時に実行可能となる。
【０００４】
非特許文献１に記載のチャネル予測手法では、最小二乗誤差（ＭＭＳＥ）規範に基づき、過去に得られた推定チャネル情報から計算された予測チャネル情報と、新たに得られた推定チャネル情報との二乗誤差を減少させる予測フィルタ係数が計算される。このような計算を繰り返すことにより、予測フィルタ係数を最適な予測フィルタ係数に収束させることができる。
【非特許文献１】Duel-Hallen, A. Hallen, H. Tung-Sheng Yang, “Long range prediction and reduced feedback for mobile radio adaptive OFDM systems”, IEEE Transactions on Wireless Communications, 2006年8月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したチャネル予測は、無線通信環境が緩やかに変動するという前提に基づいており、ユーザの移動などにより無線通信環境が急激に変化すると、次のような問題が生じる。具体的には、無線通信環境の急激な変化により、それまでに計算された予測フィルタ係数が不適切なものとなり、チャネル予測精度が劣化してしまう。
【０００６】
さらに、チャネル予測では、過去の推定チャネル情報および過去の推定チャネル情報を用いて計算された値（相関行列など）を元に予測フィルタ係数が計算される。したがって、無線通信環境が急激に変化しても過去の情報の影響を受けることになり、変化後の無線通信環境に対して最適な予測フィルタ係数を得るまでに長時間を要する問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、無線通信環境が急激に変化する場合であっても、変化後の無線通信環境に最適な予測フィルタ係数を短時間で計算でき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】
【０００８】
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、無線信号の送信側（送信機１０）と前記無線信号の受信側（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取得する取得部（チャネル推定部１０２）と、前記取得部によって取得された少なくとも１つの前記推定チャネル情報に基づき、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の計算に用いられる予測フィルタ係数を計算する係数計算部（チャネル予測部１０３）とを有し、前記予測フィルタ係数を用いて、前記伝搬路特性の変動傾向に従った前記予測チャネル情報を計算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、前記チャネル予測システムが前記予測チャネル情報を所要の精度で計算できる許容範囲を超えて前記変動傾向が変化したか否かを判定する判定部（予測制御部１０４）と、前記判定部によって前記許容範囲を超えて前記変動傾向が変化したと判定された場合、前記推定チャネル情報と、前記推定チャネル情報に基づいて計算された値とを初期化する初期化部（予測制御部１０４）とを備え、前記係数計算部は、前記初期化部による初期化が実行された場合、前記取得部によって新たに取得された前記推定チャネル情報に基づき、前記予測フィルタ係数を改めて計算することを要旨とする。
【０００９】
このような特徴によれば、初期化部は、判定部によって許容範囲を超えて変動傾向が変化したと判定された場合、推定チャネル情報と、推定チャネル情報に基づいて計算された値とを初期化する。そして、係数計算部は、初期化部による初期化が実行された場合、取得部によって新たに取得された推定チャネル情報に基づき、予測フィルタ係数を改めて計算する。したがって、無線通信環境が急激に変化しても、過去の情報の影響を受けずに、変化後の無線通信環境に最適な予測フィルタ係数を短時間で計算できる。
【００１０】
本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記送信側は、直交周波数分割多重方式に従った前記無線信号を送信し、前記受信側は、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し、前記判定部は、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が閾値を超える場合に、前記許容範囲を超えて前記変動傾向が変化したと判定することを要旨とする。
【００１１】
本発明の第３の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記受信側は、前記送信側から受信した前記無線信号に含まれるパケットデータの誤り率を検出し、前記送信側は、前記予測チャネル情報に基づき、前記誤り率を所定値以下にする送信制御を実行し、前記判定部は、前記誤り率が閾値を超える場合に、前記許容範囲を超えて前記変動傾向が変化したと判定することを要旨とする。
【００１２】
本発明の第４の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記送信側または前記受信側は、移動可能であり、前記判定部は、前記送信側または前記受信側における移動速度の単位時間当たりの変化量、または前記移動速度に起因するドップラー周波数の単位時間当たりの変化量が閾値を超える場合に、前記変動傾向が前記許容範囲を超えて変化したと判定することを要旨とする。
【００１３】
本発明の第５の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記判定部は、前記取得部によって新たに取得された前記推定チャネル情報と、前記新たに取得された前記推定チャネル情報と同タイミングについて計算された前記予測チャネル情報との差を表す予測誤差が複数回連続して閾値を超える場合に、前記変動傾向が前記許容範囲を超えて変化したと判定することを要旨とする。
【００１４】
本発明の第６の特徴は、無線信号の送信側と前記無線信号の受信側との間の伝搬路特性を示す推定チャネル情報を取得する取得部と、前記取得部によって取得された少なくとも１つの前記推定チャネル情報に基づき、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の計算に用いられる予測フィルタ係数を計算する係数計算部とを有し、前記予測フィルタ係数を用いて、前記伝搬路特性の変動傾向に従った前記予測チャネル情報を計算する無線通信装置（例えば受信機２０）であって、前記チャネル予測システムが前記予測チャネル情報を所要の精度で計算できる許容範囲を超えて前記変動傾向が変化したか否かを判定する判定部と、前記判定部によって前記許容範囲を超えて前記変動傾向が変化したと判定された場合、前記推定チャネル情報と、前記推定チャネル情報に基づいて計算された値とを初期化する初期化部とを備え、前記係数計算部は、前記初期化部による初期化が実行された場合、前記取得部によって新たに取得された前記推定チャネル情報に基づき、前記予測フィルタ係数を改めて計算することを要旨とする。
【００１５】
本発明の第７の特徴は、無線信号の送信側と前記無線信号の受信側との間の伝搬路特性を示す推定チャネル情報を取得するステップと、前記取得するステップによって取得された少なくとも１つの前記推定チャネル情報に基づき、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の計算に用いられる予測フィルタ係数を計算するステップとを有し、前記予測フィルタ係数を用いて、前記伝搬路特性の変動傾向に従った前記予測チャネル情報を計算するチャネル予測方法であって、前記予測チャネル情報を所要の精度で計算できる許容範囲を超えて前記変動傾向が変化したか否かを判定するステップと、前記判定するステップによって前記許容範囲を超えて前記変動傾向が変化したと判定された場合、前記推定チャネル情報と、前記推定チャネル情報に基づいて計算された値とを初期化するステップとを備え、前記計算するステップでは、前記初期化するステップによる初期化が実行された場合、前記取得するステップによって新たに取得された前記推定チャネル情報に基づき、前記予測フィルタ係数を改めて計算することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、無線通信環境が急激に変化する場合であっても、変化後の無線通信環境に最適な予測フィルタ係数を短時間で計算でき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を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、図面を参照して、本発明の第１〜第４実施形態を説明する。以下の第１〜第４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。
【００１８】
［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）判定処理の詳細、（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。
【００１９】
（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。
【００２０】
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〜第４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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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）に対応す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。チャネル予測システム１００は、伝搬路特性の変動傾向（自己相関特性）に従った予測チャネル情報を計算する。
【００２９】
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。
【００３０】
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、チャネル予測部１０３、および予測制御部１０４を有する。
【００３１】
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。ＦＦＴウィンドウとは、ＦＦＴの対象となる信号区間（有効シンボル区間）を抽出する時間窓である。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。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。
【００３２】
タイミング同期部１０１は、通信フレーム毎に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、予測制御部１０４にも供給される。
【００３３】
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取得する。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取得する取得部を構成する。
【００３４】
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、チャネル予測部１０３に供給される。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。
【００３５】
チャネル予測部１０３は、チャネル予測を実行する。具体的には、チャネル予測部１０３は、チャネル推定部１０２によって取得された複数の推定チャネル情報から予測フィルタ係数を計算し、予測チャネル情報を線形予測する。第１実施形態においてチャネル予測部１０３は、予測フィルタ係数を計算する係数計算部を構成する。
【００３６】
チャネル予測部１０３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。チャネル予測部１０３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。
【００３７】
なお、チャネル予測部１０３がＲＬＳ（Recursive Least Square）アルゴリズムを利用する場合、以下の式に従って予測フィルタ係数を計算する。
【００３８】
【数１】
2010045434.tif 000003
【数２】
2010045434.tif 000004
【数３】
2010045434.tif 000005
【数４】
2010045434.tif 000006
【数５】
2010045434.tif 000007
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。
【００３９】
【数６】
2010045434.tif 000008
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。
【００４０】
【数７】
2010045434.tif 000009
は相関行列の逆行列である。
【００４１】
さらに、チャネル予測部１０３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する。フィードバック情報は、無線伝搬路３を介して送信機１０にフィードバックされる。
【００４２】
予測制御部１０４は、チャネル予測部１０３を制御できる。具体的には、予測制御部１０４は、チャネル予測システム１００が予測チャネル情報を所要の精度で計算できる許容範囲を超えて伝搬路特性の変動傾向が変化したか否かを判定する判定部を構成する。
【００４３】
また、予測制御部１０４は、許容範囲を超えて伝搬路特性の変動傾向が変化したと判定した場合、チャネル推定部１０２が推定した推定チャネル情報と、チャネル予測部１０３が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初期化部を構成する。ここで、チャネル予測部１０３が推定チャネル情報に基づいて計算した値とは、相関行列の逆行列および予測フィルタ係数などである。
【００４４】
第１実施形態では、予測制御部１０４は、ＦＦＴウィンドウの設定位置に基づき、許容範囲を超えて伝搬路特性の変動傾向が変化したか否か、すなわち無線通信環境が急激に変化したか否かを判定する。当該判定処理の詳細については後述する。
【００４５】
チャネル予測部１０３は、予測制御部１０４による初期化が実行された場合、チャネル推定部１０２によって新たに取得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。このように、チャネル予測部１０３は、無線通信環境が急激に変化する前の情報の影響を受けずに、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。
【００４６】
（２）フィードバック情報の一例
次に、チャネル予測部１０３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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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できる。
【００５０】
（３）判定処理の詳細
次に、図３を用いて、予測制御部１０４によって実行される判定処理の詳細について説明する。
【００５１】
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。
【００５２】
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、無線端末が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。
【００５３】
さらに、上記のＲＬＳ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、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。
【００５４】
したがって、第１実施形態では、予測制御部１０４は、急激な無線通信環境の変化が起きたような場合に、過去の推定チャネル情報と過去の推定チャネル情報から得られた値とを初期化する。具体的には、予測制御部１０４は、タイミング同期部１０１が出力する同期信号に基づきＦＦＴウィンドウの設定位置を特定し、当該設定位置と基準位置との時間差が閾値を超えた場合、急激な無線通信環境の変化が起きたとして初期化を行う。ここで基準位置とは、例えば前回のＦＦＴウィンドウの設定位置である。
【００５５】
図３の例では、通信フレーム#nと通信フレーム#n+1との間において、無線通信環境が大きく変化したものとしている。このため、通信フレーム#nおよび#n+1では、電波（先行波および遅延波）の到達時間が大きく変化している。
【００５６】
予測制御部１０４は、通信フレーム#nに対するＦＦＴウィンドウの時間軸上における設定位置と、通信フレーム#n+1に対するＦＦＴウィンドウの時間軸上における設定位置との差分（時間差）△Tを検出し、検出した差分△Tを閾値△Tthreshと比較する。差分△Tが閾値△Tthreshを超える場合、予測制御部１０４は、過去の推定チャネル情報、および、チャネル予測部１０３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。
【００５７】
（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。
【００５８】
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。
【００５９】
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ウィンドウを用いて抽出した有効シンボル区間に対してＦＦＴを実行し、有効シンボル区間を周波数領域の信号に変換する。
【００６０】
ステップＳ１０２において、予測制御部１０４は、上記の時間差△Tを検出し、時間差△Tが閾値△Tthreshを超えたか否かを判定する。時間差△Tが閾値△Tthreshを超えた場合には処理がステップＳ１０３に進み、時間差△Tが閾値△Tthreshを超えていない場合には処理がステップＳ１０４に進む。
【００６１】
ステップＳ１０３において、予測制御部１０４は、過去の推定チャネル情報を初期化（リセット）するとともに、チャネル予測部１０３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（リセット）する。
【００６２】
ステップＳ１０４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。
【００６３】
ステップＳ１０５において、チャネル予測部１０３は、チャネル推定により得られた推定チャネル情報を使用して、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１０３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。
【００６４】
さらに、チャネル予測部１０３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。
【００６５】
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。
【００６６】
（５）作用・効果
以上説明したように、予測制御部１０４は、通信フレーム#nに対するＦＦＴウィンドウの設定位置と、通信フレーム#n+1に対するＦＦＴウィンドウの設定位置との時間差△Tが閾値△Tthreshを超えた場合、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する。そして、初期化が実行された場合、チャネル予測部１０３は、チャネル推定部１０２によって新たに取得された推定チャネル情報に基づき、予測フィルタ係数を改めて計算する。
【００６７】
したがって、チャネル予測システム１００では、無線通信環境が急激に変化しても、過去の情報の影響を受けずに、変化後の無線通信環境に最適な予測フィルタ係数が短時間で計算可能となる。
【００６８】
なお、予測制御部１０４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、初期化を実行しない場合と比較して、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。
【００６９】
［第２実施形態］
以下の第２〜第４実施形態では、ＦＦＴウィンドウの設定位置とは異なる判定基準を用いる実施形態について説明する。
【００７０】
第２実施形態では、予測誤差（ＭＭＳＥ規範に基づく二乗誤差）を判定基準として用いる。上記のように、新たに得られた推定チャネル情報と、それ以前の推定チャネル情報から計算された予測チャネル情報との予測誤差が、予測フィルタ係数の計算(更新)に使用される。予測フィルタ係数が最適値に収束していくことにより、誤差の２乗は本来徐々に減少していく。しかしながら、無線通信環境の急激な変化によって不適切となってしまった予測フィルタ係数では、正確な予測ができないため、誤差の２乗が急激に増加してしまう。
【００７１】
このため、第２実施形態に係る予測制御部１０４は、チャネル推定部１０２によって新たに取得された推定チャネル情報と、当該新たに取得された推定チャネル情報と同タイミングについて計算された予測チャネル情報との予測誤差が複数回連続して閾値を超える場合に、上記の初期化を実行する。
【００７２】
図５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。ここでは、第１実施形態と異なる動作を主に説明する。
【００７３】
ステップＳ２０１において、タイミング同期部１０１は、タイミング同期を行う。ステップＳ２０２において、チャネル推定部１０２は、チャネル推定を行う。
【００７４】
ステップＳ２０３において、チャネル予測部１０３は、推定チャネル情報を使用して予測フィルタ係数を計算する。その際、チャネル予測部１０３は、チャネル推定部１０２によって取得された推定チャネル情報と、当該取得された推定チャネル情報と同タイミングについて計算された予測チャネル情報との予測誤差（二乗誤差）を閾値と比較する。予測誤差（二乗誤差）が複数回連続して閾値を超える場合には処理がステップＳ２０５に進み、それ以外の場合には処理がステップＳ２０６に進む。
【００７５】
ステップＳ２０５において、予測制御部１０４は、過去の推定チャネル情報を初期化（リセット）するとともに、チャネル予測部１０３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（リセット）する。
【００７６】
ステップＳ２０６において、チャネル予測部１０３は、予測フィルタ係数を用いて予測チャネル情報を得る。
【００７７】
このように、第２実施形態に係る予測制御部１０４は、予測誤差（二乗誤差）が複数回連続して閾値を超える場合、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する。
【００７８】
そして、予測制御部１０４によって初期化が実行された場合、チャネル予測部１０３は、チャネル推定部１０２によって新たに取得された推定チャネル情報に基づき、予測フィルタ係数を改めて計算する。
【００７９】
したがって、第２実施形態に係るチャネル予測システム１００によれば、無線通信環境が急激に変化しても、過去の情報の影響を受けずに、変化後の無線通信環境に最適な予測フィルタ係数が短時間で計算可能となる。
【００８０】
［第３実施形態］
第３実施形態では、パケット誤り率を判定基準として用いる場合について説明する。
【００８１】
無線通信環境が急激に変化すると、それまでに計算されていた予測フィルタ係数が不適切なものとなり、予測精度が急激に劣化してしまう。したがって、フィードバック情報は実際の伝搬路特性に対して不適切なものとなり、本来所要のパケット誤り率が得られるよう送信制御されていたものが不適切になり、パケット誤り率が上昇する。
【００８２】
このため、第３実施形態に係る予測制御部１０４は、パケット誤り率が閾値を超える場合に、上記の初期化を実行する。
【００８３】
図６は、第３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６に示すように、受信処理部２１は、パケット誤り率を検出する検出部２１１を有している点で、第１および第２実施形態とは異なる。検出部２１１は、受信処理部２１が受信した受信信号に含まれるパケットデータに対して既存の誤り検出技術を適用して、パケット誤り率を検出する。検出されたパケット誤り率は、予測制御部１０４に通知される。
【００８４】
図７は、第３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。ここでは、第１および第２実施形態と異なる動作を主に説明する。なお、図７に示すステップＳ３０１およびステップＳ３０１の各処理は、タイミング同期の実行後、チャネル推定の実行後、または予測フィルタ係数の計算後のいずれのタイミングで実行しても構わない。
【００８５】
ステップＳ３０１において、予測制御部１０４は、検出部２１１から通知されたパケット誤り率を閾値と比較し、パケット誤り率が閾値を超えたか否かをする。パケット誤り率が閾値を超えた場合には処理がステップＳ３０２に進む。
【００８６】
ステップＳ３０２において、予測制御部１０４は、過去の推定チャネル情報を初期化（リセット）するとともに、チャネル予測部１０３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（リセット）する。
【００８７】
このように、第３実施形態に係る予測制御部１０４は、パケット誤り率が閾値を超える場合、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する。
【００８８】
そして、予測制御部１０４によって初期化が実行された場合、チャネル予測部１０３は、チャネル推定部１０２によって新たに取得された推定チャネル情報に基づき、予測フィルタ係数を改めて計算する。
【００８９】
したがって、第３実施形態に係るチャネル予測システム１００によれば、無線通信環境が急激に変化しても、過去の情報の影響を受けずに、変化後の無線通信環境に最適な予測フィルタ係数が短時間で計算可能となる。
【００９０】
［第４実施形態］
第４実施形態では、受信機２０（無線端末）の移動速度（あるいはドップラー周波数）を判定基準として用いる場合について説明する。
【００９１】
予測フィルタ係数は、無線端末の移動速度も緩やかに変化するという想定に基づいている。したがって、無線端末に急激な移動速度の変化が生じた場合には、それまでの移動速度に基づいて計算された予測フィルタ係数は不適切なものとなる。
【００９２】
このため、第４実施形態に係る予測制御部１０４は、無線端末に急激な移動速度（あるいは移動速度に起因するドップラー周波数）の変化が生じた場合に、上記の初期化を実行する。
【００９３】
第４実施形態においても、図６と同様のシステム構成が採用できる。具体的には、検出部２１１は、受信機２０（無線端末）における移動速度（あるいは移動速度に起因するドップラー周波数）の単位時間当たりの変化量を検出する。例えば、受信機２０がＧＰＳを具備する場合には、当該ＧＰＳを利用して移動速度を容易に把握できる。あるいは、検出部２１１は、移動速度と相関を有するドップラー周波数を既存の技術を利用して検出してもよい。検出された移動速度（あるいはドップラー周波数）の単位時間当たりの変化量は、予測制御部１０４に通知される。
【００９４】
図８は、第４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。ここでは、第１〜第３実施形態と異なる動作を主に説明する。なお、図８に示すステップＳ４０１およびステップＳ４０１の各処理は、タイミング同期の実行後、チャネル推定の実行後、または予測フィルタ係数の計算後のいずれのタイミングで実行しても構わない。
【００９５】
ステップＳ４０１において、予測制御部１０４は、検出部２１１から通知された移動速度（あるいはドップラー周波数）の単位時間当たりの変化量を閾値と比較し、当該変化量が閾値を超えたか否かをする。当該変化量が閾値を超えた場合には処理がステップＳ４０２に進む。
【００９６】
ステップＳ４０２において、予測制御部１０４は、過去の推定チャネル情報を初期化（リセット）するとともに、チャネル予測部１０３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（リセット）する。
【００９７】
このように、第４実施形態に係る予測制御部１０４は、移動速度（あるいはドップラー周波数）の単位時間当たりの変化量が閾値を超える場合、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する。
【００９８】
そして、予測制御部１０４によって初期化が実行された場合、チャネル予測部１０３は、チャネル推定部１０２によって新たに取得された推定チャネル情報に基づき、予測フィルタ係数を改めて計算する。
【００９９】
したがって、第４実施形態に係るチャネル予測システム１００によれば、無線通信環境が急激に変化しても、過去の情報の影響を受けずに、変化後の無線通信環境に最適な予測フィルタ係数が短時間で計算可能となる。
【０１００】
［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。
【０１０１】
例えば、第１〜第４実施形態のそれぞれを個別に実施する場合に限らず、第１〜第４実施形態のそれぞれを適宜組み合わせて実施してもよい。これにより、無線通信環境の急激な変化を高精度に検知可能となる。
【０１０２】
上述した各実施形態では、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１０３など）を送信機１０に設けてもよい。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】第１実施形態に係る予測制御部によって実行される判定処理の詳細について説明するための図である。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】第３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。
【図７】第３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。
【図８】第４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】
【０１０７】
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…チャネル予測部、１０４…予測制御部、２１１…検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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