(57)【要約】【課題】無線通信に参加する複数の移動体通信端末の移動パターンを予め予測できない場合に、無線通信におけるドップラーシフトを予測して、信号処理の負荷を軽減すること。【解決手段】第２の移動体通信端末と無線通信を行う第１の移動体通信端末は、第１の移動体通信端末の位置および速度を含む情報を無線通信の第２の移動体通信端末に通知する通知手段と、第２の移動体通信端末から通知された第２の移動体通信端末の位置および速度と、第１の移動体通信端末の位置および速度を用いて、第２の移動体通信端末との無線通信における電波に生じるドップラーシフトを推定する推定手段と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第２の移動体通信端末と無線通信を行う第１の移動体通信端末であって、
前記第１の移動体通信端末は、前記第１の移動体通信端末の位置および速度を含む情報を前記第２の移動体通信端末に通知する通知手段と、
前記第２の移動体通信端末から通知された前記第２の移動体通信端末の位置および速度と、前記第１の移動体通信端末の位置および速度を用いて、前記第２の移動体通信端末との無線通信における電波に生じるドップラーシフトを推定する推定手段と、を備える、
ことを特徴とする移動体通信端末。
【請求項２】
前記第１の移動体通信端末は、時間分割多元アクセス（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）方式を用いて前記第２の移動体通信端末と無線通信を行う、
請求項１に記載の移動体通信端末。
【請求項３】
前記通知手段は、前記第２の移動体通信端末との１対１の通信時に、前記第１の移動体通信端末の位置および速度を含む情報を前記第２の移動体通信端末に通知する、
請求項２に記載の移動体通信端末。
【請求項４】
前記通知手段は、前記第２の移動体通信端末との１対１の通信時に、さらに前記第１の移動体通信端末の加速度を前記第２の移動体通信端末に通知する、
請求項３に記載の移動体通信端末。
【請求項５】
前記第２の移動体通信端末との１対１の通信時に前記第２の移動体通信端末から通知された前記第２の移動体通信端末の位置と速度、または、位置と速度と加速度に基づいて、前記第２の移動体通信端末との次回の１対１の通信時における前記第２の移動体通信端末の位置および速度を予測する予測手段を備え、
前記推定手段は、前記第２の移動体通信端末との次回の１対１の通信時における無線通信におけるドップラーシフトを前記予測結果に基づいて推定する、
請求項３または４に記載の移動体通信端末。
【請求項６】
前記第２の移動体通信端末から受信した信号を、前記推定したドップラーシフトに応じて周波数帯域を限定して処理する処理手段を備える、
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の移動体通信端末。
【請求項７】
互いに無線通信を行う複数の移動体通信端末を備え、
前記複数の移動体通信端末は、それぞれ、自身の位置および速度を含む情報を相手方の移動体通信端末に通知する通知手段と、
前記相手方の移動体通信端末から通知された前記相手方の移動体通信端末の位置および速度と、前記自身の位置および速度を用いて、前記相手方の移動体通信端末との無線通信における電波に生じるドップラーシフトを推定する推定手段と、を備える、
ことを特徴とする移動体通信システム。
【請求項８】
第２の移動体通信端末と無線通信を行う第１の移動体通信端末が、前記第１の移動体通信端末の位置および速度を含む情報を前記第２の移動体通信端末に通知するステップと、
前記第２の移動体通信端末から通知された前記第２の移動体通信端末の位置および速度と、前記第１の移動体通信端末の位置および速度を用いて、前記第２の移動体通信端末との無線通信における電波に生じるドップラーシフトを推定するステップと、を含む、
ことを特徴とする移動体通信方法。
【請求項９】
前記第１の移動体通信端末は、時間分割多元アクセス（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）方式を用いて前記第２の移動体通信端末と無線通信を行う、
請求項８に記載の移動体通信方法。
【請求項１０】
第２の移動体通信端末と無線通信を行う第１の移動体通信端末に設けられたコンピュータに対して、前記第１の移動体通信端末の位置および速度を含む情報を前記第２の移動体通信端末に通知する処理と、
前記第２の移動体通信端末から通知された前記第２の移動体通信端末の位置および速度と、前記第１の移動体通信端末の位置および速度を用いて、前記第２の移動体通信端末との無線通信における電波に生じるドップラーシフトを推定する処理と、を実行させる、
ことを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体通信端末、移動体通信システム、移動体通信方法、および、プログラムに関し、特に、多元アクセス方式に基づいて無線通信を行う移動体通信端末、移動体通信システム、移動体通信方法、および、プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信端末間の無線通信の速度を向上させ、大容量通信を行う環境を構築するためには、周波数の高いミリ波等の電波を使用することが必要となる。また、通信を行う移動体通信端末の双方が高速に移動しても、安定した通信を維持することが要求される。しかし、安定した通信を維持するために大規模な機器や大きい電力を用いた場合、実用性が低下するという問題がある。
【０００３】
高速に移動する移動体通信端末間で高周波数の電波を用いたときの上述の問題は、電波の巨大なドップラーシフトに起因する。移動体通信端末間の無線通信において、送信側または受信側の移動体通信端末の速度または電波の周波数が大きい場合、電波には巨大なドップラーシフトが生じる。想定される最大のドップラーシフトが生じた場合にも信号処理を正常に行うためには、信号処理のために広い受信周波数帯域を用意しておく必要がある。
【０００４】
しかし、信号処理の計算量は受信周波数帯域の幅にほぼ比例して増大するため、広い受信周波数帯域を用意した場合、信号処理部の負荷が増大する。また、広い受信周波数帯域を用意した場合、広帯域に散らばったノイズをフィルタリングすることができず、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比、Signal-to-Noise ratio）の低下を招くおそれがある。
【０００５】
そこで、信号処理部の負荷を軽減するために、ドップラーシフトの大きさを推定する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、移動局の移動速度や位置を測定し、予め位置を測定しておいた基地局の方向を割り出し、ドップラーシフトを計算する技術が記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、人工衛星が高速で移動することにより生じるドップラーシフト量を計算し、地上の受信機で受信される電波の周波数を推定するシステムが記載されている。
【０００７】
さらに、特許文献３には、相手端末の位置や相対速度を検出して通信可能時間を推測し、推測した通信可能時間に従って、使用する通信プロトコルを選択する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１１９３３３号公報
【特許文献２】特開平４−２０７５３０号公報
【特許文献３】特開２００６−１８６５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献の全開示内容は、本書に引用をもって繰り込み記載されているものとする。以下の分析は、本発明者によってなされたものである。
【００１０】
上述のようにドップラーシフトが生じた場合にも信号処理を正常に行うために、広い受信周波数帯域を用意すると、信号処理部の負荷が増大し、さらには、Ｓ／Ｎ比（信号対雑音比）の低下を招くおそれがある。
【００１１】
信号処理の受信周波数帯域幅を制限することにより上記の問題を解決するために、ドップラーシフトの値を推定する方法が提案されている（特許文献１、２）。
【００１２】
特許文献１に記載された技術によると、固定基地局のように通信相手が固定である場合には、ドップラーシフトを推定することができる。また、特許文献２に記載された技術によると、人工衛星のように通信相手の位置および速度が既知であるか、または、予測可能である場合には、ドップラーシフトを推定することができる。
【００１３】
しかしながら、特許文献１、２に記載された技術によると、無線通信に参加する移動体通信端末のそれぞれが頻繁に進行方向または速度を変更し、そのパターンが予め定まっていない場合には、ドップラーシフトを推定することはできない。
【００１４】
また、特許文献３に記載された技術は、検出した相手端末の位置や相対速度に応じて通信プロトコルを選択することを開示するものの、移動体通信端末の無線通信における電波のドップラーシフトを推定することを開示するものではない。
【００１５】
そこで、無線通信に参加する複数の移動体通信端末の移動パターンを予め予測できない場合に、無線通信におけるドップラーシフトを予測して、信号処理の負荷を軽減することが課題となる。本発明の目的は、かかる課題解決に寄与する移動体通信端末、移動体通信システム、移動体通信方法、および、プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の第１の態様に係る移動体通信端末は、第２の移動体通信端末と無線通信を行う第１の移動体通信端末であって、前記第１の移動体通信端末の位置および速度を含む情報を前記第２の移動体通信端末に通知する通知手段と、前記第２の移動体通信端末から通知された前記第２の移動体通信端末の位置および速度と、前記第１の移動体通信端末の位置および速度を用いて、前記第２の移動体通信端末との無線通信における電波に生じるドップラーシフトを推定する推定手段と、を備えている。
【００１７】
本発明の第２の態様に係る移動体通信システムは、互いに無線通信を行う複数の移動体通信端末を備え、前記複数の移動体通信端末は、それぞれ、自身の位置および速度を含む情報を第２の移動体通信端末に通知する通知手段と、前記第２の移動体通信端末から通知された前記第２の移動体通信端末の位置および速度と、前記自身の位置および速度を用いて、前記第２の移動体通信端末との無線通信における電波に生じるドップラーシフトを推定する推定手段と、を備えている。
【００１８】
本発明の第３の態様に係る移動体通信方法は、第２の移動体通信端末と無線通信を行う第１の移動体通信端末が、前記第１の移動体通信端末の位置および速度を含む情報を前記第２の移動体通信端末に通知するステップと、前記第２の移動体通信端末から通知された前記第２の移動体通信端末の位置および速度と、前記第１の移動体通信端末の位置および速度を用いて、前記第２の移動体通信端末との無線通信における電波に生じるドップラーシフトを推定するステップと、を含む。
【００１９】
本発明の第４の態様に係るプログラムは、第２の移動体通信端末と無線通信を行う第１の移動体通信端末に設けられたコンピュータに対して、前記第１の移動体通信端末の位置および速度を含む情報を前記第２の移動体通信端末に通知する処理と、前記第２の移動体通信端末から通知された前記第２の移動体通信端末の位置および速度と、前記第１の移動体通信端末の位置および速度を用いて、前記第２の移動体通信端末との無線通信における電波に生じるドップラーシフトを推定する処理と、を実行させる。なお、プログラムは、非一時的なコンピュータ可読記録媒体（non-transitory computer-readable storage medium）に記録されたプログラム製品として提供することもできる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る移動体通信端末、移動体通信システム、移動体通信方法、および、プログラムによると、無線通信に参加する複数の移動体通信端末の移動パターンを予め予測できない場合に、無線通信におけるドップラーシフトを予測して、信号処理の負荷を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】一実施形態に係る移動体通信端末の構成を例示するブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る移動体通信端末の構成を例示するブロック図である。
【図３】第１の実施形態に係る移動体通信端末を備えた移動体通信システムの動作について説明するための図である。
【図４】第１の実施形態に係る移動体通信端末の受信信号処理部の動作について説明するための図である。
【図５】第１の実施形態に係る移動体通信端末を備えた移動体通信システムの動作について説明するためのシーケンス図である。
【図６】第１の実施形態に係る移動体通信端末の効果について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
はじめに、一実施形態の概要について説明する。なお、この概要に付記する図面参照符号は、専ら理解を助けるための例示であり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではない。
【００２３】
図１は、一実施形態に係る移動体通信端末１０の構成を例示するブロック図である。図１を参照すると、移動体通信端末１０は、第２の移動体通信端末と無線通信を行う第１の移動体通信端末であって、第１の移動体通信端末（自身）の位置および速度を含む情報を第２（相手方）の移動体通信端末に通知する通知手段１６と、第２の移動体通信端末から通知された第２の移動体通信端末の位置および速度と、第１の移動体通信端末の位置および速度を用いて、第２の移動体通信端末との無線通信における電波に生じるドップラーシフトを推定する推定手段１８を備えている。
【００２４】
ところで、各移動体通信端末が交換する自己位置・速度・加速度等の情報を含む電波自体もドップラーシフトを受ける。したがって、通常の電波受信プロセスでは、通知される情報の取得自体が、前述した信号処理部の負荷およびビット誤り率増大により困難または不可能となる。そこで、移動体通信端末１０は、時間分割多元アクセス（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）方式を用いて第２の移動体通信端末と無線通信を行うことが好ましい。このとき、通知手段１６は、第２の移動体通信端末との１対１の通信時に、自身の位置および速度を含む情報を第２の移動体通信端末に通知する。
【００２５】
また、通知手段１６は、第２の移動体通信端末との１対１の通信時に、さらに第１の移動体通信端末の加速度を第２の移動体通信端末に通知してもよい。
【００２６】
図２は、移動体通信端末１０の詳細な構成を例示するブロック図である。図２を参照すると、移動体通信端末１０は、第２の移動体通信端末との１対１の通信時に第２の移動体通信端末から通知された第２の移動体通信端末の位置と速度、または、位置と速度と加速度に基づいて、第２の移動体通信端末との次回の１対１の通信時における第２の移動体通信端末の位置および速度を予測する予測手段（相手位置・速度予測部２９）を備えていてもよい。このとき、推定手段１８（ドップラーシフト推定部３０）は、第２の移動体通信端末との次回の１対１の通信時における無線通信におけるドップラーシフトを予測手段（２９）による予測結果に基づいて推定する。
【００２７】
移動体通信装置１０は、第２の移動体通信端末から受信した信号を、推定したドップラーシフトに応じて周波数帯域を限定して処理する処理手段（受信信号処理部２７）を備えていてもよい。
【００２８】
一実施形態では、各移動体通信端末が、通信相手と各々の自己位置および自己速度および加速度等の情報を高い頻度で交換する。これにより、頻繁に進行方向または速度を変更する移動体通信端末間の通信においても、通信相手から受信する電波のドップラーシフトを、通信相手毎に高精度に推定することが可能となる。すなわち、一実施形態によると、相互に通信を行う複数の移動体通信端末が、各々の位置、進行方向、速度等が予め決まっておらず高速で無秩序に移動する場合であっても、通信用電波のドップラーシフトにより受信側移動体通信端末で生じる信号処理部の負荷を抑制することが可能となる。
【００２９】
＜実施形態１＞
次に、第１の実施形態に係る移動体通信端末について、図面を参照して説明する。本実施形態に係る移動通信端末は、高速に移動しつつ時間分割多元アクセス（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）方式で通信を行う移動体通信端末が、相互の情報を交換する。これにより、通信相手からの受信電波に生じるドップラーシフト量を高精度で推定し、信号処理に狭帯域のフィルタを使用可能とする。また、本実施形態の移動体通信端末は、複数の加入者から成る高効率な大容量通信網を形成することを可能とするものである。
【００３０】
本実施形態で想定するＴＤＭＡでは、一定時間間隔毎に通信相手を切り替え、予め時刻を定めた特定のタイムスロットにおいて１対１の通信（送受信）を行う状態にする。これにより、各通信における電波送信時刻が予め固定される。また、ドップラーシフト量の推定結果を、特定のタイムスロットにおける特定の通信相手から受信する波形に対して独立に適用することが可能となる。本実施形態では、一例として、情報を交換することによる、各通信相手の情報更新頻度を毎秒１０回とする。
【００３１】
図２は、本実施形態に係る移動体通信端末１０の構成を例示するブロック図である。
【００３２】
図３は、図２に示した構成を有する移動体通信端末１０Ａ〜１０Ｅから成る移動体通信システムの構成を示す図である。現在のタイムスロットでは、移動体通信端末１０Ａは、移動体通信端末１０Ｃとの間で１対１の通信を行いながら、内部で、図２に示した構成に基づいて信号処理を行う。
【００３３】
図４は、信号処理を効率化する具体的手段として、可変フィルタを適用する際の動作について説明するための図である。図２の受信信号処理部２７の構成と動作については、図４を参照して後述する。
【００３４】
図２に示した構成において、ドップラーシフト推定部３０はドップラーシフト推定値を出力する。ドップラーシフト推定部３０は、自己の全地球測位網（ＧＰＳ：Global Positioning System）および慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）情報である位置・速度と、通信相手からの受信信号より取り出したＧＰＳ・ＩＭＵ情報である位置・速度を、入力として受け取る。
【００３５】
図２を参照すると、移動体通信端末１０は、データ生成部２１、ＧＰＳ・ＩＭＵ取得部２２、送信信号処理部２３、送信アンテナ２４、受信アンテナ２５、受信メモリ２６、受信信号処理部２７、可読情報メモリ２８、相手位置・速度予測部２９、ドップラーシフト推定部３０、および、通信相手切替部３１を備えている。
【００３６】
データ生成部２１は、自己が予め保持していたデータ、外部から入力されたデータ、通信相手から取得し可読情報メモリ２８に保持されたデータ等を参照して、現在以降に送信するデータを生成して出力する。
【００３７】
ＧＰＳ・ＩＭＵ取得部２２は、ＧＰＳ受信機およびその出力部と、ＩＭＵおよびその出力部を有する。ＧＰＳ・ＩＭＵ取得部２２は、送信信号処理部２３やドップラーシフト推定部３０の要求に応じて、現在時刻、自己の現在位置の座標（３次元）、現在の速度（３次元）、現在の加速度（３次元）を出力する。
【００３８】
送信信号処理部２３は、データの符号化、変調、デジタル−アナログ変換等を行う各回路を有する。また、送信信号処理部２３は、データ生成部２１およびＧＰＳ・ＩＭＵ取得部２２に対して出力を要求し、入力データから送信データ列を生成し、送信可能なアナログ波形に変換して送信アンテナ２４に出力する。
【００３９】
送信アンテナ２４は、移動体通信端末１０の外部または通信相手の移動体通信端末に対して電波を発射する。
【００４０】
受信アンテナ２５は、移動体通信端末１０の外部から到達した電波により生じたアナログ信号を、受信信号処理部２７に伝達する。
【００４１】
受信メモリ２６は、受信信号処理部２７がアナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を施した後のデジタル信号や処理中のデジタル信号を一時的に保持し、受信信号処理部２７の要求に応じてデータを入出力する。受信メモリ２６を設けることにより、電波の受信と信号処理を独立のタイミングで行うことができる。
【００４２】
受信信号処理部２７は、データの復号、復調、アナログ−デジタル変換等を行う各回路と、入力部を持つ可変フィルタを有する。受信信号処理部２７は、ドップラーシフト推定部３０で計算されたドップラーシフトの値を参照して、可変フィルタの掛け方を決定する。また、受信信号処理部２７は、可変フィルタを用いて計算量を制限した上でデジタル信号処理を行い、可読受信データ列を出力する。
【００４３】
図４は、受信信号処理部２７が受信信号に対して可変フィルタを適用する動作を説明するための図である。デジタル信号処理では、信号を一定周波数ごとにサンプリングして計算が実行される。したがって、デジタル信号処理の計算量は、周波数幅に比例して増大する。広い周波数帯に亘る受信信号４１を処理する場合、受信信号処理部２７は、可変フィルタとして、周波数帯域を分割するように設計したアレイフィルタ４２を用いる。また、受信信号処理部２７は、中心周波数を特定し、適用すべきフィルタ（図４に例示した場合にはフィルタ５）を決定する。すなわち、受信信号処理部２７は、帯域を制限した受信信号４３に変換して、計算量を抑制して信号処理を行う。本実施形態では、受信信号処理部２７が有する可変フィルタとして、デジタルフィルタ（適応フィルタ）を想定している。ただし、受信信号処理部２７は、デジタルフィルタの代わりに、アナログフィルタを用いてもよい。
【００４４】
可読情報メモリ２８は、現在までの可読受信データを保持する。可読受信データとは、符号化・変調を行う前や、復調・復号を終えた後の、直接読み出し可能なデータを意味する。
【００４５】
相手位置・速度予測部２９は、可読情報メモリ２８に蓄積された通信相手の過去の位置・速度・加速度等のデータを参照し、現在の位置と速度の予測計算を行う。相手位置・速度予測部２９は、一例として、等加速度を仮定して予測計算を行う。ただし、相手位置・速度予測部２９は、移動体通信端末の典型的な移動パターンを予め用意しておいて、相手位置・速度をいずれかの移動パターンに当てはめる方法を用いてもよい。相手位置・速度予測部２９は、計算結果を、ドップラーシフト推定部３０に出力する。
【００４６】
ドップラーシフト推定部３０は、ＧＰＳ・ＩＭＵ取得部２２に出力を要求し、現在の自己の位置と速度を取得する。ドップラーシフト推定部３０は、自己の位置・速度と、相手位置・速度予測部２９から取得した通信相手の位置・速度を用いて、ドップラーシフトを推定する。ドップラーシフト推定部３０は、ドップラーシフト推定値を出力する。ただし、本実施形態のようにドップラーシフト推定値を可変フィルタの制御に用いることが決まっている場合、ドップラーシフト推定部３０は、受信信号処理部２７に対してフィルタ切り替え信号を出力してもよい。
【００４７】
通信相手切替部３１は、ＴＤＭＡのタイムスロット毎に通信相手の切り替えを行う。
【００４８】
本実施形態に係る移動体通信端末１０は、速度が高速かつ進行方向等が不定であり、通信に用いる電波の周波数が高い場合に特に有効となる。移動体通信端末１０の例として、高周波通信を行う航空機が考えられる。なお、移動体通信端末１０は、非常に高い周波数の電波を用いて通信を行う車両、船舶等であってもよい。本実施形態では、一例として、大容量通信のために４０ＧＨｚのミリ波を用いて通信を行い、各々がマッハ２．５程度の速度の航空機を想定する。
【００４９】
図５は、本実施形態の移動体通信端末（図２）の動作を例示するシーケンス図である。図５は、一例として、図３における移動体通信端末１０Ｃから移動体通信端末１０Ａへの情報の送受信を行う場合のシーケンス図を示す。
【００５０】
以下では、図５のシーケンス図に従って、本実施形態の移動体通信端末１０の動作を説明する。ただし、図５に示した各処理は、図３に示した通信中の移動体通信端末１０Ａおよび移動体通信端末１０Ｃ内部において、図２に示した各部が行う。すなわち、図５左側の自己情報送信ステップＳ１は、図３の移動体通信端末１０Ｃの送信部１２の動作を表す。一方、図５右側の各通信相手からの電波受信ステップＳ２、各通信相手のドップラーシフト計算ステップＳ３、各通信相手の可読情報取得ステップＳ４は、図３の移動体通信端末１０Ａの受信部１４の動作を表す。図５のシーケンス図において送受信を入れ替え、さらに、通信相手を切り替えて繰り返すことによって、図３に示す複数の移動体通信端末間における通信が継続される。
【００５１】
Ｓ１：自己情報送信ステップ
図２の送信信号処理部２３は、データ生成部２１とＧＰＳ・ＩＭＵ取得部２２にデータを要求して今回送信すべきデータ列を構成し、アナログ変換を行った後、送信アンテナ２４から自己情報を送信する。
【００５２】
Ｓ２：各通信相手からの電波受信フロー
図３の移動体通信端末１０Ａにおける図２の受信アンテナ２５は、外部から到達した電波を受信する。この電波は、通信相手である移動体通信端末１０Ｃの自己情報送信フローＳ１において、送信アンテナ２４が発射したものである。受信アンテナ２５は、受信した信号を受信信号処理部２７に出力する。次に、受信信号処理部２７は、アナログ−デジタル変換回路に信号を通し、デジタル信号として受信メモリ２６に出力する。
【００５３】
Ｓ３：各通信相手のドップラーシフト計算フロー
移動体通信端末１０Ａのドップラーシフト推定部３０は、ＧＰＳ・ＩＭＵ取得部２２に対して現在の自己位置・速度情報を要求し、要求した自己の位置・速度情報を取得する。また、ドップラーシフト推定部３０は、相手位置・速度予測部２９に、通信相手である移動体通信端末１０Ｃの位置・速度の予測値を要求する。
【００５４】
相手位置・速度予測部２９は可読情報メモリ２８を参照し、通信相手である移動体通信端末１０Ｃの過去のデータを取得する。相手位置・速度予測部２９は、通信相手の過去のデータから、現在の通信相手の位置・速度を予測計算する。相手位置・速度予測部２９は、通信相手の前回取得したデータ（すなわち、前回の同一相手との通信時に、当該通信相手の可読情報取得ステップＳ４において可読情報メモリ２８に保存されていたデータ）を参照し、そのデータが生成された時刻から現在のタイムスロットにおける送信の瞬間まで通信相手が等加速度で移動したと仮定して計算を実行する。多元アクセス方式をＴＤＭＡとしたことにより、受信側の移動体通信端末１０Ａは、移動体通信端末１０Ｃからの電波の送信時刻および移動体通信端末１０Ａへの受信時刻を正確に把握することができる。したがって、移動体通信端末１０Ａは、以下に説明する予測を高精度に行うことが可能となる。
【００５５】
通信相手の位置r0、速度v0、加速度a0のデータを取得した時刻（タイムスタンプ）をT0とする。本実施形態では、通信方式がＴＤＭＡであるため、通信相手の電波の送信時刻は決まっている。そこで、この送信時刻をTとする。このとき、相手位置・速度予測部２９は、ドップラーシフトに寄与する通信相手の位置および速度を以下のように計算することができる。
【００５６】
2015207963.tif 000003
【００５７】
2015207963.tif 000004
【００５８】
本実施形態では、通信相手の情報更新頻度が毎秒１０回であることを想定している。したがって、相手位置・速度予測部２９は、上記の予測計算において、データを取得した時刻から１００ミリ秒だけ先の時刻を予測する。また、通信相手である移動体通信端末１０Ｃはマッハ２．５程度の速度で移動することを想定している。すると、移動体通信端末１０Ｃの加速度がゼロであっても、相手位置・速度予測計算部２９による位置補正は±９０ｍ程度に達する。相手位置・速度予測部２９は、現在の通信相手の位置・速度情報の予測値をドップラーシフト推定部３０に出力する。
【００５９】
ドップラーシフト推定部３０は、相手位置・速度予測部２９から取得した通信相手の位置・速度の予測値と、現在の自己の位置・速度の値を用いてドップラーシフトの推定値を計算する。また、ドップラーシフト推定部３０は、推定したドップラーシフトの値に応じたフィルタ切り換え信号を、受信信号処理部２７に出力する。
【００６０】
ドップラーシフト推定部３０は、以下のように、通信相手である移動体通信端末１０Ｃへの方向ベクトルと、相対速度ベクトルとの内積に基づいて、ドップラーシフトδfを計算する。
【００６１】
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【００６２】
2015207963.tif 000006
【００６３】
式（３）において、Vは通信相手方向の相対速度、vは速度ベクトル、rは位置ベクトルを表す。本実施形態では、添字１は移動体通信端末１０Ａ、添字２は移動体通信端末１０Ｃを表す。移動体通信端末１０Ｃが送信した電波を移動体通信端末１０Ａが受信する場合、移動体通信端末１０Ｃの位置と速度として（予測計算を経た）送信時点の値を用い、移動体通信端末１０Ａの位置と速度として受信時点の値を用いる。また、式（４）の右辺のVは第１式で計算した相対速度Vを表し、cは光速、fは元の送信電波の周波数を表す。
【００６４】
本実施形態では、電波の周波数が４０ＧＨｚ、各移動体通信端末の速度がマッハ２．５程度を想定している。したがって、ドップラーシフトδfのとり得る値は−２２７ｋＨｚ〜＋２２７ｋＨｚ程度となり、ドップラーシフト変動幅は４５０ｋＨｚ程度となる。ドップラーシフト推定部３０は、上記の計算に基づいて、この変動幅の中からドップラーシフトδfの値を特定する。本実施形態では、ドップラーシフト推定部３０は、フィルタ切り換えのためにドップラーシフトの推定値を出力する。ただし、ドップラーシフト推定部３０は、ドップラーシフトの推定誤差範囲も計算し、ドップラーシフトの推定値とともに出力してもよい。
【００６５】
Ｓ４：各通信相手の可読情報取得ステップ
移動体通信端末１０Ａの受信信号処理部２７は、ドップラーシフト推定部３０にドップラーシフトの推定値を要求し、取得した値に応じて可変フィルタを設定する。本実施形態では、受信信号処理部２７は、それぞれ固定した特性を有する複数のデジタルフィルタの中から、使用するデジタルフィルタを１つまたは２つ選択する。具体的には、受信信号処理部２７は、ドップラーシフトを受けた電波の中心周波数f+δfを含むデジタルフィルタを選択する。
【００６６】
次に、受信信号処理部２７は、受信メモリ２６に一時的に蓄積された現在のタイムスロットで取得したデジタル信号に、可変フィルタを適用する。受信信号処理部２７は、可変フィルタの周波数幅の中で信号の復調および復号を行い、可読なデジタルデータ列に変換する。
【００６７】
このとき使用される可変フィルタの周波数幅が、受信信号処理部２７による信号処理の計算量を規定する。本実施形態の移動体通信端末１０によって、可変フィルタの周波数幅が削減される様子については、図面を参照して後述する。
【００６８】
受信信号処理部２７は、デジタルデータ列を可読情報メモリ２８に出力する。
【００６９】
その後、送信側の移動体通信端末１０Ｃと受信側の移動体通信端末１０Ａとを入れ替えて、同様のフローを実行する。さらに、通信相手切替部３１が通信相手となる移動体通信端末を切り替えて、新たな通信相手に対して自己情報送信ステップＳ１と、電波受信ステップＳ２を実行する。図５のシーケンス図の動作を繰り返すことにより、複数の移動体通信端末間における通信が継続される。例えば、通信相手となる移動体通信端末が４体存在する場合、毎秒１０回の情報更新頻度を実現するために、通信相手切替部３１は２５ミリ秒以下の時間間隔で順に通信相手を切り替える。
【００７０】
なお、受信信号処理部２７における可変フィルタとしてアナログフィルタを用いる場合、電波受信ステップＳ２の前に、ドップラーシフト計算ステップＳ３を行うことが好ましい。すなわち、適用するフィルタを選択しておいて、受信メモリ２６を経由することなく、受信信号処理部２７は受信アンテナ２５からのアナログ信号に対して直接フィルタを適用してもよい。
【００７１】
本実施形態の移動体通信端末１０によると、通信網に加入する移動体通信端末が頻繁に進行方向や速度を変更し、それを予め予測することができない場合であっても、デジタル信号処理の計算量を大幅に削減し、信号処理部の負荷を軽減することができる。その理由は、通信相手の移動体通信端末との間でそれぞれの自己位置、自己速度、加速度等の情報を高頻度で交換し、ドップラーシフト量を高精度に推定することで、信号処理を行う周波数帯域の幅を制限できるからである。本実施形態においては、図２の受信信号処理部２７が有する可変フィルタの適用周波数幅を削減することにより、受信信号処理部２７の計算負荷を削減することができる。
【００７２】
図６は、本実施形態の移動体通信端末１０を適用した場合に、上記の条件下において、信号処理に必要な周波数帯域幅が削減される様子を示す。本実施形態の移動体通信端末１０を適用しない場合、受信信号処理において４５０ｋＨｚ程度の周波数幅を必要とされる。一方、本実施形態の移動体通信端末１０を適用してドップラーシフト量を推定し、周波数補正（ベロシティエイディング）を行うことで、一例として、推定誤差のみの２ｋＨｚ程度にまでに周波数幅を制限することが可能となる。このとき、受信信号処理における計算量を９９％以上削減し、Ｓ／Ｎ比も大幅に改善することが可能となる。なお、予測計算を行った場合には、推定誤差は、主にＧＰＳ・ＩＭＵによって取得される位置・速度・加速度誤の差に由来する。ここでは、相対速度誤差が５ｍ／秒程度として、推定誤差を概算した。以上より、本実施形態の移動体通信端末によると、装置間の高効率かつ大容量の通信網を構成することができる。
【００７３】
また、不要な方向への電波発射による測位や通信要求、通信要求待ちを行う方法を用いた場合、低干渉通信網を構成することは不可能である。しかしながら、本実施形態の方法を用いた場合、予め加入者が決まっている通信網である限り、通信を実施する特定の通信路以外に影響を与えない、低干渉通信網を構成することが可能となる。
【００７４】
＜変形例＞
次に、第１の実施形態に係る移動体通信端末に対する可能な変形例について説明する。
【００７５】
自己の位置、速度、加速度情報を取得するためのＧＰＳ、ＩＭＳは、取得可能な値を用いて、結果として、自己の位置（３次元）、速度（３次元）、加速度（３次元）情報を算出できればよい。そこで、ＩＭＳの代わりに、例えば、慣性航法装置（ＩＮＳ：Inertial Navigation System）を利用してもよい。
【００７６】
上記実施形態では、相手位置・速度予測部２９は、同一の通信相手との前回の通信における通信相手の位置・速度・加速度情報から、今回のタイムスロットにおける通信相手の位置・速度を予測する計算を行う。一方、受信部１４に相手位置・速度予測部２９を設ける代わりに、相手位置・速度予測部２９と同様の予測部（以下「自己位置・速度予測部」という。）を送信部１２にも設けてもよい。
【００７７】
送信部１２に設けられた自己位置・速度予測部は、今回の自己位置・速度・加速度情報に基づいて、次回の同一通信相手との通信を行うタイムスロットにおける自己位置・速度を予測し、予測結果を送信信号処理部２３に出力する。自己位置・速度予測部は、ＧＰＳ・ＩＭＳ取得部２２と送信信号処理部２３の間に挿入する。自己位置・速度予測部は、送信時点の時刻をT0、次回の同一通信相手への電波送信時刻をTとしてステップＳ３と同様な計算を行い、予測値を相手側の移動体通信端末に送信する。予測値を受信した相手方の移動体通信端末は、その予測値（位置・速度情報）を次回の同一通信相手とのタイムスロットでの信号処理に用いるため、ドップラーシフト推定部３０に対してそのまま出力する。
【００７８】
かかる変形例によると、ＧＰＳ・ＩＭＳ取得部２２による位置や速度の測定の頻度を抑制することが可能となる。
【００７９】
なお、上記実施形態において、無線通信に使用する周波数は、４０ＧＨｚに限定されない。また、上記実施形態の移動体通信端末は、複数の加入者の移動体通信端末が相互に通信し合う通信網に限定されず、特定の移動体通信端末が通信網内の他のすべての移動体通信端末との間で（例えば、ＴＤＭＡによって）通信する場合にも適用することができる。
【００８０】
本発明は、例えば、航空機または宇宙船に搭載される無線通信端末装置として適用することができる。また、本発明は、複数の航空機間を接続する無線通信網にも適用することができる。さらに、本発明は、ＧＰＳ受信機を搭載するか、または、ＧＰＳ受信機からの入力端子を有する無線通信端末装置に搭載され、または、接続されたフィルタ装置にも適用することができる。また、本発明は、ドップラーシフトの推定値を利用する信号処理端末またはアプリケーションにも適用することができる。さらに、本発明は、車両、船舶、携帯端末を含む移動体通信端末が、移動速度は比較的小さいものの、非常に周波数の高い電波を用いて無線通信を行う場合にも、適用することができる。
【００８１】
なお、本発明において、下記の形態が可能である。
［形態１］
上記第１の態様に係る移動体通信端末のとおりである。
［形態２］
前記第１の移動体通信端末は、時間分割多元アクセス（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）方式を用いて前記第２の移動体通信端末と無線通信を行う、
形態１に記載の移動体通信端末。
［形態３］
前記通知手段は、前記第２の移動体通信端末との１対１の通信時に、前記第１の移動体通信端末の位置および速度を含む情報を前記第２の移動体通信端末に通知する、
形態２に記載の移動体通信端末。
［形態４］
前記通知手段は、前記第２の移動体通信端末との１対１の通信時に、さらに第１の移動体通信端末の加速度を前記第２の移動体通信端末に通知する、
形態３に記載の移動体通信端末。
［形態５］
前記第２の移動体通信端末との１対１の通信時に前記第２の移動体通信端末から通知された前記第２の移動体通信端末の位置と速度、または、位置と速度と加速度に基づいて、前記第２の移動体通信端末との次回の１対１の通信時における前記第２の移動体通信端末の位置および速度を予測する予測手段を備え、
前記推定手段は、前記第２の移動体通信端末との次回の１対１の通信時における無線通信におけるドップラーシフトを前記予測結果に基づいて推定する、
形態３または４に記載の移動体通信端末。
［形態６］
前記第２の移動体通信端末から受信した信号を、前記推定したドップラーシフトに応じて周波数帯域を限定して処理する処理手段を備える、
形態１ないし５のいずれか一に記載の移動体通信端末。
［形態７］
上記第２の態様に係る移動体通信システムのとおりである。
［形態８］
上記第３の態様に係る移動体通信方法のとおりである。
［形態９］
前記第１の移動体通信端末は、時間分割多元アクセス（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）方式を用いて前記第２の移動体通信端末と無線通信を行う、
形態８に記載の移動体通信方法。
［形態１０］
前記移動体通信端末は、前記第２の移動体通信端末との１対１の通信時に、前記第１の移動体通信端末の位置および速度を含む情報を前記第２の移動体通信端末に通知する、
形態９に記載の移動体通信方法。
［形態１１］
前記移動体通信端末は、前記第２の移動体通信端末との１対１の通信時に、さらに前記第１の移動体通信端末の加速度を前記第２の移動体通信端末に通知する、
形態１０に記載の移動体通信方法。
［形態１２］
前記移動体通信端末が前記第２の移動体通信端末との１対１の通信時に前記第２の移動体通信端末から通知された前記第２の移動体通信端末の位置と速度、または、位置と速度と加速度に基づいて、前記第２の移動体通信端末との次回の１対１の通信時における前記第２の移動体通信端末の位置および速度を予測するステップと、
前記第２の移動体通信端末との次回の１対１の通信時における無線通信におけるドップラーシフトを前記予測結果に基づいて推定するステップと、を含む、
形態１０または１１に記載の移動体通信方法。
［形態１３］
前記移動体通信端末が、前記第２の移動体通信端末から受信した信号を、前記推定したドップラーシフトに応じて周波数帯域を限定して処理するステップを含む、
形態８ないし１２のいずれか一に記載の移動体通信方法。
［形態１４］
上記第４の態様に係るプログラムのとおりである。
［形態１５］
前記第１の移動体通信端末は、時間分割多元アクセス（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）方式を用いて前記第２の移動体通信端末と無線通信を行う、
形態１４に記載のプログラム。
［形態１６］
前記第２の移動体通信端末との１対１の通信時に、前記第１の移動体通信端末の位置および速度を含む情報を前記第２の移動体通信端末に通知する処理を、前記コンピュータに実行させる、
形態１５に記載のプログラム。
［形態１７］
前記第２の移動体通信端末との１対１の通信時に、さらに前記第１の移動体通信端末の加速度を前記第２の移動体通信端末に通知する処理を、前記コンピュータに実行させる、
形態１６に記載のプログラム。
［形態１８］
前記第２の移動体通信端末との１対１の通信時に前記第２の移動体通信端末から通知された前記第２の移動体通信端末の位置と速度、または、位置と速度と加速度に基づいて、前記第２の移動体通信端末との次回の１対１の通信時における前記第２の移動体通信端末の位置および速度を予測する処理と、
前記第２の移動体通信端末との次回の１対１の通信時における無線通信におけるドップラーシフトを前記予測結果に基づいて推定する処理と、を前記コンピュータに実行させる、
形態１６または１７に記載のプログラム。
【００８２】
なお、上記特許文献の全開示内容は、本書に引用をもって繰り込み記載されているものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態の変更・調整が可能である。また、本発明の全開示の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ、ないし、選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。特に、本書に記載した数値範囲については、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００８３】
１０、１０Ａ〜１０Ｅ    移動体通信端末
１２    送信部
１４    受信部
１６    通知手段
１８    推定手段
２１    データ生成部
２２    ＧＰＳ・ＩＭＵ取得部
２３    送信信号処理部
２４    送信アンテナ
２５    受信アンテナ
２６    受信メモリ
２７    受信信号処理部
２８    可読情報メモリ
２９    相手位置・速度予測部
３０    ドップラーシフト推定部
３１    通信相手切替部
４１、４３    受信信号
４２    アレイフィルタ
【図１】
2015207963.tif 000007
【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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