JP7004062B2 - 無線装置及びチャネル予測方法 - Google Patents

Description

（関連出願についての記載）
本発明は、日本国特許出願：特願２０１８－０４３３８９号（２０１８年０３月０９日出願）の優先権主張に基づくものであり、同出願の全記載内容は引用をもって本書に組み込み記載されているものとする。
本発明は、無線装置及びチャネル予測方法に関する。

近年の携帯電話向けの基地局や無線ＬＡＮ（Local Area Network）アクセスポイントなどの無線装置は、高速通信を実現するために複数のアンテナを備えることが多い。このような複数のアンテナを用いる伝送技術の１つとして、各アンテナの送信信号又は受信信号の振幅や位相を調整することで、複数のアンテナ全体としての指向性を制御するビームフォーミングと称される技術が存在する。

ビームフォーミングとしては、アンプや移相器を用いて無線周波数帯の信号の振幅や位相を調整するアナログビームフォーミングと、ウェイト（即ち、重み係数）を乗算してベースバンド帯の信号の振幅や位相を調整するデジタルビームフォーミングがある。基地局等の無線装置は、ビームフォーミングを用いることで、複数の端末の信号を空間的に多重するマルチユーザＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）伝送を実現できる。

無線装置がデジタルビームフォーミングを用いて無線端末へデータ送信する際には、ウェイトを生成するために、無線装置と端末との間のチャネルに関する情報が必要である。無線装置がチャネルに関する情報を取得する方法は大きく分けて２つある。

一つは、端末が無線装置側で既知の参照信号を送信し、無線装置が該参照信号を受信してチャネルの周波数応答又はインパルス応答を推定する方法である。

他の一つは、無線装置が参照信号を送信し、端末が該参照信号を受信してチャネルの周波数応答又はインパルス応答を推定し、該推定結果又は該推定結果を加工した情報を無線装置に送信する方法である。

どちらの方法を用いたとしても、無線装置が、チャネルに関する情報を取得してから、該チャネルに関する情報を用いてビームフォーミングを行うまでの間に、チャネルの状態が変動すると、該ビームフォーミングがチャネルの状態に適したものとはならず、スループット特性が劣化する。

特許文献１には、過去に取得した複数のチャネルの情報を用いて、チャネルの状態の時間的な変動を予測する方法が開示されている。具体的には、特許文献１に記載の方法では、チャネルの状態の予測に用いるチャネルの情報の数や、予測に用いるチャネルの情報の時間間隔などといった予測方法に関するパラメータを、学習期間での結果に基づいて決定する。特許文献１に記載の方法で予測したチャネルの状態に基づいてビームフォーミングを行うことで、チャネルの状態の時間的な変動によるスループット特性の劣化量を小さくすることができる。

特許文献２には、チャネルを構成するマルチパスの角度方向を推定し、該推定結果から求めた変換行列と過去に取得したチャネルの情報とを用いて、チャネルの状態の時間的な変動を予測する方法が開示されている。

非特許文献１には、過去に推定したチャネルのインパルス応答を用いて、インパルス応答のタップごとに時間的な変動の予測を行う方法が開示されている。チャネルの遅延時間領域の表現であるインパルス応答では、伝搬遅延時間の異なるパスが異なるタップに分離される。このため、各タップではマルチパスの重なりが起こりにくく、時間的な変動が予測しやすくなる。

特許第５８７５６９１号公報 特許第５０７３８０９号公報

I. C. Wong, et al., "Long range channel prediction for adaptive ＯＦＤＭ systems," in Proc. IEEE ACSSC, pp.732-736, Nov. 2004.

ＬＴＥ（Long Term Evolution）などで用いられるＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）やＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）－ｓｐｒｅａｄ ＯＦＤＭの場合、推定したチャネルのインパルス応答において、各パスが対応するタップの位置は、受信信号に対して行うＦＦＴ（Fast Fourier Transform）（サブキャリアへの分割）の処理区間と、ＯＦＤＭ又はＤＦＴ－ｓｐｒｅａｄ ＯＦＤＭの有効シンボル区間との間の時間差に応じて決まる。図７に、ＦＦＴの処理区間（ＦＦＴ区間）と有効シンボル区間の時間差の例を模式的に示す。図７では、無線端末から無線装置に到達する直接波６ａ、マルチパスによる遅延波６ｂ、６ｃが例示され、直接波６ａに関してＦＦＴ区間開始点が有効シンボル区間開始点より前方、すなわち、ガードインターバル（Guard Interval: GI）側にずれている。ＦＦＴ区間と有効シンボル区間と一致する場合、ＦＦＴ区間と有効シンボル区間の時間差（Δｔ）は０である。

つまり、ＦＦＴ処理区間と有効シンボル区間との時間差が、インパルス応答の推定タイミングによって異なる場合には、異なる時刻に推定したインパルス応答の間で、各パスが対応するタップの位置が一致しない。

なお、ＤＦＴ Ｓｐｒｅａｄ ＯＦＤＭでは、無線端末は変調後の情報シンボル系列をＤＦＴ処理し、ＤＦＴ処理後の情報シンボルを無線端末に割り当てられた周波数帯域にのみマッピングしそれ以外の周波数帯域は０とした系列に対して逆高速フーリエ変換（Inverse Fast Fourier Transform: IFFT）して送信信号を生成する。

非特許文献１に記載の方法は、異なるタイミング(時刻)に推定したインパルス応答の間で、各パスが対応するタップの位置が一致するという想定に基づいている。このため、受信ＯＦＤＭシンボルにおいて、ＦＦＴ処理区間と有効シンボル区間との時間差がインパルス応答の推定タイミング（時刻）によって異なる場合には、チャネルのインパルス応答の予測結果は信頼できないものとなる。

本発明は、上記課題に鑑みて創案されたものであって、無線端末との間のチャネルについて、異なる時刻のインパルス応答の間で各パスが対応するタップの位置が異なる場合であっても、該チャネルのインパルス応答の予測を可能とする、無線装置及びチャネル予測方法及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明の一形態によれば、無線端末との間のチャネルのインパルス応答の推定値である推定インパルス応答を取得するチャネル推定部と、前記推定インパルス応答の内の異なる時刻における推定インパルス応答の間のタップ位置の誤差を検出するタップ位置誤差検出部と、前記推定インパルス応答と前記タップ位置の誤差とを用いて、未来の時刻における前記チャネルのインパルス応答である予測インパルス応答を計算するチャネル予測部と、を備える無線装置が提供される。

本発明の一形態によれば、無線端末との間のチャネルのインパルス応答の推定値である推定インパルス応答を取得し、前記推定インパルス応答の内の異なる時刻における推定インパルス応答の間のタップ位置の誤差を検出し、前記推定インパルス応答と前記タップ位置の誤差とを用いて、未来の時刻における前記チャネルのインパルス応答である予測インパルス応答を計算するチャネル予測方法が提供される。
本発明の一形態によれば、上記チャネル予測方法の処理をプロセッサに実行させるプログラムが提供される。

本発明によれば、無線端末との間のチャネルについて、異なる時刻のインパルス応答の間で各パスが対応するタップの位置が異なる場合であっても、チャネルのインパルス応答を予測することができる。

本発明の例示的な一実施形態に係る無線通信システムの概略構成を示す図である。 本発明の例示的な一実施形態に係る無線装置の構成の一例を示す図である。 本発明の例示的な一実施形態に係る無線装置の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の例示的な一実施形態に係るタップ位置の誤差の検出方法の第１の例を説明するための図である。 本発明の例示的な一実施形態に係るタップ位置の誤差の検出方法の第２の例を説明するための図である。 本発明の例示的な一実施形態の構成例を説明するための図である。 ＯＦＤＭ信号のFFT区間と有効シンボル区間を説明するための図である。

以下に、本発明の例示的な実施の形態について、図面を参照して詳しく説明する。なお、以下で説明する例示的な実施の形態においては、無線装置が無線端末との間のチャネルの情報を得る手段として、無線装置が無線端末の送信した参照信号を受信してチャネルの周波数応答又はインパルス応答を推定することを想定しているが、本発明はこれには限定されない。無線装置がチャネルの情報を得る手段として、無線端末がチャネルの周波数応答又はインパルス応答を推定し、その推定結果に関する情報を無線装置へ送信する方法を用いた場合にも適用可能である。

図１は、本発明の例示的な一実施形態に係る無線通信システムの概略構成を示す図である。無線通信システムは、無線装置１００と、無線端末２００と、から構成される。なお、図１において無線端末２００の数を１つとしているが、複数であってもよい。また、無線端末２００に替えて、中継機能を有する中継装置が無線通信システムに含まれていても良い。

無線装置１００は、基地局やアクセスポイントであり、アンテナ１０１－０～１０１－（Ｎ－１）を備える（Ｎは２以上の整数、以下同じ）。なお、以降の説明において、アンテナ１０１－０～１０１－（Ｎ－１）を区別する特段の理由がない場合には、単に「アンテナ１０１」と表記する。また、図１において、複数のアンテナ１０１を備える無線装置１００を図示しているが、アンテナ１０１の数は複数である必要はなく、少なくとも１以上であればよい。

無線端末２００のアンテナ２０１の数は、図１では１としているが、これには限定されず、複数であってもよい。

図２は、本発明の例示的な一実施形態に係る無線装置１００の構成を示す図である。無線装置１００は、アンテナ１０１と、無線送受信部１０２と、チャネル推定部１０３と、タップ位置誤差検出部１０４と、チャネル予測部１０５と、送信信号生成部１０６と、を含む。図２において、各要素間の矢印は、説明の容易化のために信号（データ）の流れの一部を例示したものであり、各部の間の信号の送受等に関して一方向に限定されることを意味するものでないことは勿論である。

アンテナ１０１は、無線端末２００が送信した参照信号を含む無線信号を受信し、受信した無線信号を無線送受信部１０２へ出力する。なお、無線端末２００が送信した参照信号は無線装置１００において既知であるとする。

無線送受信部１０２は、アンテナ１０１から入力された無線信号をベースバンド信号に変換し、チャネル推定部１０３へ出力する。なお、無線通信方式によっては、無線送受信部１０２とチャネル推定部１０３との間で、ＣＰ（Cyclic Prefix）の除去、ＦＦＴなどの処理を行う処理モジュールが必要となるが、これらの処理は、本発明と直接関連しないので、図示と説明を省略する。

チャネル推定部１０３は、無線送受信部１０２から入力されたベースバンド信号と参照信号とを用いて、無線装置１００のアンテナ１０１と無線端末２００のアンテナ２０１との間のチャネルのインパルス応答を推定する。チャネル推定部１０３は、インパルス応答の推定値を、タップ位置誤差検出部１０４とチャネル予測部１０５へ出力する。なお、出力するインパルス応答の推定値には、過去に推定した値が含まれていてもよい。

また、チャネル推定部１０３は、無線装置１００のアンテナ１０１の各々に対応するＮ個のインパルス応答の推定値に対してウェイト行列を乗算して求めた、ビームに対応するインパルス応答を出力してもよい。

タップ位置誤差検出部１０４は、チャネル推定部１０３から入力されたインパルス応答の推定値を用いて、異なる時刻におけるインパルス応答の推定値の間のタップ位置の誤差を検出し、検出した誤差に関する情報をチャネル予測部１０５へ出力する。なお、タップ位置誤差検出部１０４は、チャネル推定部１０３から入力されたインパルス応答の推定値をメモリ等に格納しておき、タップ位置の誤差の検出に用いてもよい。

チャネル予測部１０５は、チャネル推定部１０３から入力されたインパルス応答の推定値と、タップ位置誤差検出部１０４から入力されたタップ位置の誤差とを用いて、未来の時刻におけるインパルス応答を予測する。チャネル予測部１０５は、インパルス応答の予測値又はインパルス応答の予測値をフーリエ変換（例えばＦＦＴ処理）して求めた周波数応答の予測値を、送信信号生成部１０６へ出力する。なお、チャネル予測部１０５は、チャネル推定部１０３から入力されたインパルス応答の推定値を、メモリ等に格納しておき、予測処理に用いてもよい。

送信信号生成部１０６は、例えばコアネットワーク（図示せず）から入力された送信データに対して、暗号化、符号化、変調、無線リソースへのマッピングなどの処理を行う。送信信号生成部１０６では、さらに、チャネル予測部１０５から入力されたインパルス応答の予測値又は周波数応答の予測値を用いて、送信データに対してプリコーディングを行い、生成した信号を無線送受信部１０２へ出力する。なお、送信信号生成部１０６における符号化方法、変調方式、無線リソースへのマッピング方法などはスケジューラ（図示せず）が決定する。

スケジューラの処理において、チャネル予測部１０５が出力するインパルス応答の予測値又は周波数応答の予測値を用いてもよい。なお、スケジューラについては、本発明と直接関連しないので、その説明を省略する。また、無線通信方式によっては、送信信号生成部１０６と無線送受信部１０２との間で、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ：Inverse Fast Fourier Transform）や、ＣＰの付加等を行う処理モジュールが必要となるが、これらの処理モジュールは、本発明と直接関連しないので、図示及び説明をいずれも省略する。

無線送受信部１０２は、送信信号生成部１０６から入力されたベースバンド信号を無線信号に変換し、アンテナ１０１へ出力する。アンテナ１０１は、無線送受信部１０２から入力された無線信号を送信する。

次に、無線装置１００の動作について説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る無線装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ１０１において、アンテナ１０１は、無線端末２００が送信した、参照信号を含む無線信号を受信する。その後、無線信号は無線送受信部１０２に入力され、ベースバンド信号に変換される。

ステップＳ１０２において、チャネル推定部１０３は、無線送受信部１０２から入力されたベースバンド信号と参照信号とを用いて、無線装置１００のアンテナ１０１と無線端末２００のアンテナ２０１との間のチャネルのインパルス応答を推定する。チャネル推定部１０３において、インパルス応答を推定する方法としていくつか考えられる。例えば、周波数応答を推定した後に、周波数応答の推定値を逆離散フーリエ変換（IFFT処理）してインパルス応答の推定値を求めるようにしてもよい。例えばパイロット信号を用いたMMSE（Minimum Mean Square Error）チャネル推定を用いてもよい。この場合、パイロット信号P(k)（k:周波数成分：サブキャリアのインデックス）が送信されたときのチャネルの周波数応答H(k)の推定値H＾(k)は、受信パイロット信号をR(k)とすると、例えば、
H＾(k)=R(k)×X^*(k),
X(k)=P(k)/(|P(k)|²+S)
で与えられる。^＊は複素共役演算子である。Sは、例えば雑音電力（σ^２）を瞬時信号電力Pで除算して得られる（P=(1/Nc)Σ<k=0, Nc-1>|H(k)|²，ただし、NcはIFFTポイント数、すなわちパイロット系列にNcポイントのIFFTを適用してOFDMシンボルが生成される）。チャネルの周波数応答の推定値H＾(k)をIFFTして時間領域に変換することでチャネルのインパルス応答を求める。ただし、インパルス応答を推定する方法は、上記方法に制限されるものでないことは勿論である。

ステップＳ１０３において、タップ位置誤差検出部１０４は、異なる時刻におけるインパルス応答の推定値の間のタップ位置の誤差を検出する。タップ位置の誤差を検出する方法については後述する。

ステップＳ１０４において、チャネル予測部１０５は、異なる時刻におけるインパルス応答の推定値と検出したタップ位置の誤差とを用いて、未来の時刻におけるインパルス応答を予測する。インパルス応答の予測方法は後述する。

ステップＳ１０５において、送信信号生成部１０６は、暗号化、符号化、変調、無線リソースへのマッピング、プリコーディングなどの処理を行い、無線送受信部１０２は、送信信号生成部１０６が生成した信号を無線信号に変換し、アンテナ１０１は無線信号を送信する。

［インパルス応答の推定値の種類］
チャネル推定部１０３が推定するインパルス応答について数式を用いて説明する。

ｉ回目のチャネル推定を行った時刻をｔ_ｉとし、
時刻ｔ_ｉに推定した無線装置１００のアンテナ１０１－ｎ（ｎは０以上Ｎ未満の整数）と無線端末２００のアンテナ２０１との間のチャネルの遅延時間τにおけるインパルス応答をｈ_ｎ（τ，ｔ_ｉ）
とする。

また、
インパルス応答のタップ数をＤ、
インパルス応答ｈ_ｎ（τ，ｔ_ｉ）の第ｄタップにおける値をｈ_ｎ，ｄ（ｔ_ｉ）、
サンプリング周期をＴ_ｓ
とすると、
ｈ_ｎ（τ，ｔ_ｉ）は式（１）で表される。

・・・（１）
ただし、δ（）はディラック（Dirac）のデルタ関数を表す。

上述したように、チャネル推定部１０３が出力するインパルス応答の推定値を、無線装置１００のアンテナ１０１の各々に対応するＮ個のインパルス応答の推定値に対して、ウェイトを乗算して計算される、ビームに対応するインパルス応答としてもよい。ビームに対応するインパルス応答に変換することで、角度方向の異なるパスが異なるビームに分離される。このため、各ビームにおいては、マルチパスの重なりが起こりにくく、時間的な変動が予測し易くなる。

第ｂビーム（ｂは０以上Ｂ未満の整数）に対応するチャネルの時刻ｔ_ｉ、
遅延時間τにおけるインパルス応答をｇ_ｂ（τ，ｔ_ｉ）、
ｇ_ｂ（τ，ｔ_ｉ）の第ｄタップにおける値をｇ_ｂ，ｄ（ｔ_ｉ）とすると、ｇ_ｂ（τ，ｔ_ｉ）は式（２）で表される。

・・・（２）

第ｂビームのインパルス応答の導出に用いられる、Ｎ次元ウェイトベクトルをａ_ｂ、
第ｄタップにおけるアンテナ１０１－０～１０１－（Ｎ－１）に対応するインパルス応答の推定値を要素に持つＮ次元ベクトルをｈ_ｄ（ｔ_ｉ）、
とすると、ｇ_ｂ，ｄ（ｔ_ｉ）とｈ_ｄ（ｔ_ｉ）は、それぞれ式（３）と式（４）で表される。

・・・（３）

・・・（４）
ただし、^Ｈはエルミート転置、^Ｔは転置を表す。

Ｎ次元ウェイトベクトルとしては、例えば、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）行列の各列ベクトル又は各行ベクトルが用いられる。

ｎ次のDFT行列Ｄの要素d(k,l) (k,l=0,…,n-1)は、例えば、

で与えられる。ｊ²=-1である。ＤＦＴ行列を用いる場合、ビーム数Ｂが上記Ｎに等しい。ＤＦＴ行列を用いたときの第ｂビームのウェイトベクトルa_bは、式（５）で表される。

・・・（５）

また、アンテナ１０１が垂直方向と水平方向との平面アレー構成の場合には、各方向に対応するＤＦＴ行列のクロネッカー積をウェイトとして用いればよい。例えば、アンテナ１０１が水平方向にN_x個、垂直方向にN_z個の素子を持つ平面アレー構成（N=N_x×N_z）の場合、第ｂビームのＮ次元ウェイトベクトルa_bは、次式により表される。

ただし、i_x(b)は0以上N_x未満の第ｂビームの水平方向のビーム番号であり、i_z(b)は0以上N_z未満の第ｂビームの垂直方向のビーム番号である。Ｂ個のビーム間ではi_x(b)とi_z(b)の組み合わせが重複しないようにする。

なお、アンテナ１０１が直交する２偏波で構成されている場合には、偏波ごとにビームに対応するインパルス応答を求めればよい。アンテナ１０１が２偏波の平面アレー構成である場合（N=N_x×N_z×2）、Ｎ次元ウェイトベクトルa_bの要素が第１偏波のN_x×N_z個のウェイト、第２偏波のN_x×N_z個のウェイトの順に並んでいるとすると、第ｂビームが第１偏波に対応する場合、第ｂビームのＮ次元ウェイトベクトルa_bは次式で表される。

第ｂビームが第２偏波に対応する場合には、第ｂビームのＮ次元ウェイトベクトルa_bは次式で表される。

［タップ位置の誤差の検出方法］
タップ位置誤差検出部１０４における、異なる時刻のインパルス応答の推定値のタップ位置の誤差を検出する方法を以下に説明する。

なお、以下の説明では、タップ位置誤差検出部１０４で用いるインパルス応答の推定値が、アンテナ１０１の各々に対応するインパルス応答の推定値の場合を例として説明するが、ビームに対応するインパルス応答の推定値の場合にも、同様の処理を適用することができる。

＜第１の例＞
タップ位置の誤差の検出方法の第１の例について、図４を用いて説明する。図４の例では、異なる時刻ｔｉ－１、ｔｉに推定したインパルス応答４ａ、４ｂの間では、各パスが対応するタップの位置が一致しない。第１の例では、インパルス応答の大きさが最大となるタップの位置に基づいて、タップ位置の誤差を検出する。

時刻ｔ_ｉにおいてインパルス応答の推定値４ｂの大きさ（振幅の値）が最大となるタップをｄ_ｍａｘ（ｔ_ｉ）とすると、ｄ_ｍａｘ（ｔ_ｉ）は、例えば式（６）で表される。

・・・（６）

式（６）において、argmax は最大値を与える引数あるいは最大点集合 (argument of the maximum)を表している。式（６）では、インパルス応答ｈ_ｎ，ｄ（ｔ_ｉ）の大きさ（絶対値）の２乗のｎ=0からN-1までの総和を最大とするｄをｄmax(ｔ_ｉ)としている。なお、式（６）の右辺では、ｎ＝０～（Ｎ－１）についてインパルス応答ｈ_ｎ，ｄ（ｔ_ｉ）の大きさ（絶対値）の２乗和を計算しているが、２乗和を計算するインパルス応答の数をＮより少なくしてもよい。1つ前の時刻ｔ_ｉ－１におけるインパルス応答の推定値４ａの大きさ（振幅の値）が最大となるタップｄ_ｍａｘ（ｔ_ｉ－１）も、同様にして求められる。

時刻ｔ_ｉのインパルス応答の推定値と、時刻ｔ_ｉ－１（時刻ｔ_ｉの１つ前の時刻）のインパルス応答の推定値との間のタップ位置の誤差をΔｄ（ｔ_ｉ，ｔ_ｉ－１）とすると、Δｄ（ｔ_ｉ，ｔ_ｉ－１）は、各時刻に対するインパルス応答の大きさが最大となるタップの位置を用いて、式（７）で表される。

・・・（７）

＜第２の例＞
タップ位置の誤差の検出方法の第２の例について、図５を用いて説明する。第２の例では、異なる時刻の間におけるインパルス応答の相関を、一方の時刻におけるインパルス応答のタップ位置をずらしながら計算し、他方の時刻のインパルス応答との相関の値に基づいて、タップ位置の誤差を検出する。第２の例では、インパルス応答の大きさが最大のタップだけでなく、複数のタップを考慮するので、第１の例よりも正確にタップ位置の誤差を検出することができる。

時刻ｔ_ｉ－１のインパルス応答の推定値５ａと、時刻ｔ_ｉのインパルス応答の推定値５ｂのタップ位置を、ｍ（ｍは整数）だけ巡回シフト（ｍが正のとき、ｍタップ左シフト、ｍが負のとき、｜ｍ｜タップ右シフト（｜ｍ｜はｍの絶対値）、ｍが０のときシフト無し）した結果との間の相関をρ_ｍ（ｔ_ｉ，ｔ_ｉ－１）とすると、ρ_ｍ（ｔ_ｉ，ｔ_ｉ－１）は、式（８）で表される。

・・・（８）

式（８）において、 ｈ_ｎ，ｄ（ｔ_ｉ－１）は、時刻ｔ_ｉ－１におけるアンテナ１０１－ｎのインパルス応答の第ｄタップの推定値である。
ｈ_{ｎ，mod(d+m,D)}（ｔ_ｉ）は、時刻ｔ_ｉにおけるアンテナ１０１－ｎのインパルス応答のタップ位置ｍｏｄ（ｄ＋ｍ，Ｄ）の推定値である。ｍｏｄ（ｘ，ｙ）は整数ｘを整数ｙで除算した余りを出力する関数であり、出力は０以上の値（非負整数）である。すなわち、ｈ_{ｎ，mod(d+m,D)}（ｔ_ｉ）は、時刻ｔ_ｉの推定インパルス応答の第ｄのタップの位置をｍ（ｍは整数）だけ巡回シフトしたインパルス応答の推定値である。図５の推定インパルス応答５ｂでは、ｍ＝０、１、－１のそれぞれについて時刻ｔ_ｉにおけるアンテナ１０１－ｎの推定インパルス応答が例示されている。ｍ＝１は、ｍ＝０の推定インパルス応答を１タップ左巡回シフト、ｍ＝－１は、ｍ＝０の推定インパルス応答を１タップ右巡回シフトしたものである。

また、式（８）の相関の計算において、右辺では、ｎ＝０～（Ｎ－１）、及び、ｄ＝０～（Ｄ－１）に対して和を計算しているが、和を計算する数を、それぞれ、Ｎ及びＤよりも少なくしてもよい。例えば、インパルス応答の大きさがしきい値以上のタップのみを計算対象としてもよい。なお、図５では、ｍ＝０、１、－１、・・・等の相関計算が例示されている。相関を計算するｍの範囲は、演算量などを考慮して適当な範囲を選べばよい。

検出するタップ位置の誤差Δｄ（ｔ_ｉ，ｔ_ｉ－１）は、式（８）で計算した相関を用いて、例えば、式（９）で表される。

・・・（９）

すなわち、第２の例では、ｍ＝０、１、－１、・・・等の相関計算の結果、相関ρ_ｍ（ｔ_ｉ，ｔ_ｉ－１）の値が最大となるｍを、Δｄ（ｔ_ｉ，ｔ_ｉ－１）（時刻ｔ_ｉのインパルス応答の推定値と、時刻ｔ_ｉ－１（時刻ｔ_ｉの１つ前の時刻）のインパルス応答の推定値との間のタップ位置の誤差）とする。

［インパルス応答の予測方法］
チャネル予測部１０５における、未来の時刻のインパルス応答の予測方法を以下で説明する。なお、以下の説明では、チャネル予測部１０５で用いるインパルス応答の推定値が、アンテナ１０１の各々に対応するインパルス応答の推定値の場合を例としているが、ビームに対応するインパルス応答の推定値の場合にも同様の処理を適用することができる。ビームに対応するインパルス応答の予測値に対してウェイト行列を乗算すれば、無線装置１００のアンテナ１０１の各々に対応するインパルス応答の予測値を求めることができる。

インパルス応答の予測方法の第１の例では、直近の２つの時刻におけるインパルス応答の推定値に対して線形外挿を行い、未来の時刻におけるインパルス応答を予測する。

チャネル推定を行った直近の２つの時刻をｔ_ｉ－１とｔ_ｉ、
時刻ｔ（ｔ＞ｔ_ｉ）におけるアンテナ１０１－ｎの第ｄタップのインパルス応答の予測値をｈ′_ｎ，ｄ（ｔ）、
とすると、ｈ′_ｎ，ｄ（ｔ）は式（１０）と式（１１）により計算される。

・・・（１０）

・・・（１１）

式（１０）のｈ_ｎ，ｌ（ｔ_ｉ）は、時刻ｔ_ｉにおけるアンテナ１０１－ｎの推定インパルス応答の第ｌタップのインパルス応答推定値である。ｈ_ｎ，ｌ（ｔ_ｉ）は、 式（１１）から、時刻ｔ_ｉにおける推定インパルス応答の第ｄタップの位置をタップ位置の誤差分Δd(ｔ_i-1, ｔ_i)だけ巡回シフト（Δd(ｔ_i-1, ｔ_i)の値が正、負、０に応じて、それぞれ、Δd(ｔ_i-1, ｔ_i)左シフト、｜Δd(ｔ_i-1, ｔ_i)｜右シフト、シフト無し）したインパルス応答の推定値である。なお、式（１０）と式（１１）では、時刻ｔ_ｉ－１におけるインパルス応答の推定値を基準とし、時刻ｔ_ｉにおけるインパルス応答の推定値をタップ位置の誤差分Δｄ（ｔｉ－１， ｔｉ）だけシフトして予測処理を行っているが、時刻ｔ_ｉにおけるインパルス応答の推定値を基準として予測処理を行ってもよい。

上述の第１の例では、直近の２つの時刻におけるインパルス応答の推定値を用いた線形外挿による予測としたが、３つ以上の時刻におけるインパルス応答を用いた２次以上の外挿による予測を行ってもよい。

インパルス応答の予測方法の第２の例では、直近の２つの時刻のインパルス応答の推定値の振幅と位相のそれぞれに対して個別に線形外挿を行い、未来の時刻におけるインパルス応答を予測する。

マルチパスの重なりがない状況では、インパルス応答の振幅はほとんど変動しない一方で、位相はドップラー周波数に比例して変動する。

このような振幅と位相の変動度合いが異なる状況では、第２の例のように、振幅と位相とを個別に予測した方が、予測精度が良い。

チャネル推定を行った直近の２つの時刻をｔ_ｉ－１とｔ_ｉとすると、時刻ｔ（ｔ＞ｔ_ｉ）におけるアンテナ１０１－ｎの第ｄタップのインパルス応答の予測値の振幅｜ｈ′_ｎ，ｄ（ｔ）｜は式（１２）と式（１１）により計算される。

・・・（１２）

また、時刻ｔ（ｔ＞ｔ_ｉ）におけるアンテナ１０１－ｎの第ｄタップのインパルス応答の予測値の位相ａｒｇ（ｈ′_ｎ，ｄ（ｔ））は式（１３）と式（１１）により計算される。

・・・（１３）

なお、式（１２）と式（１３）では、時刻ｔ_ｉ－１におけるインパルス応答の推定値を基準とし、時刻ｔ_ｉにおけるインパルス応答の推定値をタップ位置の誤差分だけシフトして予測処理を行っているが、時刻ｔ_ｉにおけるインパルス応答の推定値を基準として予測処理を行ってもよい。

上述の第２の例では、直近の２つの時刻におけるインパルス応答の推定値を用いた線形外挿による予測としたが、３つ以上の時刻におけるインパルス応答を用いた２次以上の外挿による予測を行ってもよい。

インパルス応答の予測方法の第３の例では、複数の時刻におけるインパルス応答の推定値を重み付け合成し、インパルス応答を予測する。

重み付け係数をインパルス応答の統計的特性などを考慮して設定することで、良好な予測精度が得られる。合成するインパルス応答の推定値の数をＰ、重み付け係数をｗ_ｐ（ｐ＝０～（Ｐ－１））とすると、時刻ｔ（ｔ＞ｔ_ｉ）におけるアンテナ１０１－ｎの第ｄタップのインパルス応答の予測値ｈ′_ｎ，ｄ（ｔ）は、式（１４）と式（１５）により計算される。

・・・（１４）

・・・（１５）

式（１４）のｈ_ｎ，ｌｐ（ｔ_ｉ―ｐ）は、時刻ｔ_ｉ―ｐにおけるアンテナ１０１－ｎの推定インパルス応答の第ｌ_ｐタップのインパルス応答推定値である。ｈ_ｎ，ｌｐ（ｔ_ｉ―ｐ）は、 式（１５）から、時刻ｔ_ｉ―ｐにおける推定インパルス応答の第ｄタップの位置を、基準（時刻ｔ_{ｉ－Ｐ＋１}）の推定インパルス応答と時刻ｔ_ｉ―ｐの推定インパルス応答のタップ位置との誤差分Δｄ（ｔ_ｉ-ｐ, ｔ_{i－Ｐ＋１}）だけ巡回シフト（Δｄ（ｔ_ｉ-ｐ, ｔ_{i－Ｐ＋１}）の値が正、負、０に応じて、Δｄ（ｔ_ｉ-ｐ, ｔ_{i－Ｐ＋１}）左シフト、｜Δｄ（ｔ_ｉ-ｐ, ｔ_{i－Ｐ＋１}）｜右シフト、シフト無し）したインパルス応答の推定値である。なお、式（１４）と式（１５）では、時刻ｔ_{ｉ－Ｐ＋１}におけるインパルス応答の推定値を基準とし、各時刻ｔ_ｉーｐにおけるインパルス応答の推定値をタップ位置の誤差分Δｄ（ｔ_ｉ-ｐ, ｔ_{i－Ｐ＋１}）だけシフトして予測処理を行っているが、他の時刻のインパルス応答の推定値を基準として予測処理を行うようにしてもよい。

式（１４）における重み付け係数は、例えば、自己回帰（Auto Regressive: ＡＲ）モデル、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Squared Error）規範、ＲＬＳ（Recursive Least Squares）規範、又はカルマンフィルタなどに基づいて計算される。

式（１４）は、予測方法の第１の例のように、インパルス応答の推定値そのものに対して処理を行っているが、第２の例のように、インパルス応答の推定値の振幅及び位相に対して個別に同様の予測処理を行うようにしてもよい。

なお、インパルス応答の推定値の大きさがしきい値未満のタップに対しては、インパルス応答の予測処理を行わず、インパルス応答の予測値を０としてもよい。これにより、演算量を削減でき、適切なしきい値を設定することで雑音などによる予測精度の劣化を低減できる。あるいは、インパルス応答の予測値の大きさがしきい値未満のタップに対して、予測値を０としてもよい。適切なしきい値を設定することで、雑音などによる予測誤差の劣化を低減することができる。また、必要に応じて、予測したインパルス応答のタップの位置をシフトしてもよい。

以上説明したように、本発明の一実施形態によれば、無線装置１００は、無線端末２００との間のチャネルについて、異なる時刻におけるインパルス応答の間のタップの位置の誤差を検出する構成としたことで、異なる時刻のインパルス応答の間で各パスが対応するタップの位置が異なる場合においても、チャネルのインパルス応答を予測することができる。

図２を参照して説明した実施形態の無線装置１００のチャネル推定部１０３、タップ位置誤差検出部１０４、チャネル予測部１０５、送信信号生成部１０６の各処理の少なくとも一部は、例えば図６に模式的に示すように、プロセッサ装置（コンピュータ装置）３００において、メモリ３０２に接続されたプロセッサ３０１で実行するようにしてもよい。プロセッサ３０１は、ベースバンドプロセッサ等の通信用プロセッサやDSP（Digital Signal Processor）等の信号処理用プロセッサであってもよい。メモリ３０２は、チャネル推定部１０３、タップ位置誤差検出部１０４、チャネル予測部１０５、送信信号生成部１０６の少なくとも一部又は全ての処理をプロセッサ３０１に実行させるプログラム（命令群）を保持するようにしてもよい。メモリ３０２は、半導体メモリ（例えばRAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、又は、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM)等）、HDD(Hard Disk Drive)、CD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disc)等の少なくともいずれかを含んでもよい。プロセッサ装置３００において、RF（Radio Frequency）トランシーバ３０３は、図２の無線送受信部１０２に対応する。通信インタフェース３０４は、例えばコアネットワークとの通信を行うインタフェース（Network Interface Card :NIC）等である。

なお、上記の特許文献１、２、非特許文献１の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。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、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ乃至選択が可能である。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。

上記した実施形態は以下のように付記される（ただし、以下に制限されない）。

（付記１）
無線端末との間のチャネルのインパルス応答の推定値である推定インパルス応答を取得するチャネル推定部と、
前記推定インパルス応答の内の異なる時刻における推定インパルス応答の間のタップ位置の誤差を検出するタップ位置誤差検出部と、
前記推定インパルス応答と前記タップ位置の誤差とを用いて、未来の時刻における前記チャネルのインパルス応答である予測インパルス応答を計算するチャネル予測部と、を備える、無線装置。

（付記２）
複数のアンテナをさらに備え、
前記チャネル推定部は、前記インパルス応答として、前記無線端末と前記複数のアンテナの各々との間のチャネルのインパルス応答を推定する、付記１に記載の無線装置。

（付記３）
複数のアンテナをさらに備え、
前記チャネル推定部は、前記インパルス応答を、前記無線端末と前記複数のアンテナの各々との間のチャネルのインパルス応答と、ウェイト行列とを用いて、計算する、付記１に記載の無線装置。

（付記４）
前記タップ位置誤差検出部は、前記推定インパルス応答の大きさが最大となるタップの位置に基づいて、前記タップ位置の誤差を検出する、付記１から３のいずれかに記載の無線装置。

（付記５）
前記タップ位置誤差検出部は、前記異なる時刻における推定インパルス応答の間の相関に基づいて、前記タップ位置の誤差を検出する、付記１から３のいずれかに記載の無線装置。

（付記６）
前記チャネル予測部は、前記タップ位置の誤差を基に前記推定インパルス応答のタップの位置を調整して予測インパルス応答を計算する、付記１から５のいずれかに記載の無線装置。

（付記７）
前記チャネル予測部は、前記予測インパルス応答の振幅と位相とを個別に予測する、付記１から６のいずれかに記載の無線装置。

（付記８）
前記チャネル予測部は、前記推定インパルス応答の大きさが予め定められたしきい値未満のタップに対して、前記予測インパルス応答を計算せずに、前記予測インパルス応答の値を０とする、付記１から７のいずれかに記載の無線装置。

（付記９）
前記チャネル予測部は、前記予測インパルス応答の大きさが予め定められたしきい値未満のタップに対して、前記予測インパルス応答の値を０とする、付記１から７のいずれかに記載の無線装置。

（付記１０）
無線端末と無線装置間のチャネルの予測方法であって、
前記無線端末との間のチャネルのインパルス応答の推定値である推定インパルス応答を取得し、
前記推定インパルス応答の内の異なる時刻における推定インパルス応答の間のタップ位置の誤差を検出し、
前記推定インパルス応答と前記タップ位置の誤差とを用いて、未来の時刻における前記チャネルのインパルス応答である予測インパルス応答を計算する、
ことを含む、チャネル予測方法。

（付記１１）
前記インパルス応答として、前記無線端末と、前記無線装置の複数のアンテナの各々との間のチャネルのインパルス応答を推定する、付記１０に記載のチャネル予測方法。

（付記１２）
前記インパルス応答を、前記無線端末と前記複数のアンテナの各々との間のチャネルのインパルス応答と、ウェイト行列とを用いて、計算する、付記１０に記載のチャネル予測方法。

（付記１３）
前記推定インパルス応答の大きさが最大となるタップの位置に基づいて、前記タップ位置の誤差を検出する、付記１０から１２のいずれかに記載のチャネル予測方法。

（付記１４）
前記異なる時刻における推定インパルス応答の間の相関に基づいて、前記タップ位置の誤差を検出する、付記１０から１２のいずれかに記載のチャネル予測方法。

（付記１５）
前記タップ位置の誤差を基に前記推定インパルス応答のタップの位置を調整して予測インパルス応答を計算する、付記１０から１４のいずれかに記載のチャネル予測方法。

（付記１６）
前記予測インパルス応答の振幅と位相とを個別に予測する、付記１０から１５のいずれかに記載のチャネル予測方法。

（付記１７）
前記推定インパルス応答の大きさが予め定められたしきい値未満のタップに対して、前記予測インパルス応答を計算せずに、前記予測インパルス応答の値を０とする、付記１０から１６のいずれかに記載のチャネル予測方法。

（付記１８）
前記予測インパルス応答の大きさが予め定められたしきい値未満のタップに対して、前記予測インパルス応答の値を０とする、付記１０から１７のいずれかに記載のチャネル予測方法。

（付記１９）
無線装置を構成するコンピュータに、
無線端末との間のチャネルのインパルス応答の推定値である推定インパルス応答を取得し、
前記推定インパルス応答の内の異なる時刻における推定インパルス応答の間のタップ位置の誤差を検出し、
前記推定インパルス応答と前記タップ位置の誤差とを用いて、未来の時刻における前記チャネルのインパルス応答である予測インパルス応答を計算する、
処理を実行させるプログラム。

（付記２０）
前記インパルス応答として、前記無線端末と、前記無線装置の複数のアンテナの各々との間のチャネルのインパルス応答を推定する処理を前記コンピュータに実行させる、付記１９に記載のプログラム。

（付記２１）
前記インパルス応答を、前記無線端末と前記複数のアンテナの各々との間のチャネルのインパルス応答と、ウェイト行列とを用いて、計算する処理を前記コンピュータに実行させる、付記１９に記載のプログラム。

（付記２２）
前記推定インパルス応答の大きさが最大となるタップの位置に基づいて、前記タップ位置の誤差を検出する処理を前記コンピュータに実行させる、付記１９から２１のいずれかに記載のプログラム。

（付記２３）
前記異なる時刻における推定インパルス応答の間の相関に基づいて、前記タップ位置の誤差を検出する処理を前記コンピュータに実行させる、付記１９から２２のいずれかに記載のプログラム。

（付記２４）
前記タップ位置の誤差を基に前記推定インパルス応答のタップの位置を調整して予測インパルス応答を計算する処理を前記コンピュータに実行させる、付記１９から２３のいずれかに記載のプログラム。

（付記２５）
前記予測インパルス応答の振幅と位相とを個別に予測する処理を前記コンピュータに実行させる、付記１９から２４のいずれかに記載のプログラム。

（付記２６）
前記推定インパルス応答の大きさが予め定められたしきい値未満のタップに対して、前記予測インパルス応答を計算せずに、前記予測インパルス応答の値を０とする処理を前記コンピュータに実行させる、付記１９から２５のいずれかに記載のプログラム。

（付記２７）
前記予測インパルス応答の大きさが予め定められたしきい値未満のタップに対して、前記予測インパルス応答の値を０とする処理を前記コンピュータに実行させる、付記１９から２６のいずれかに記載のプログラム。

（付記２８）
付記１９乃至２７のいずれか１に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み出し可能な非一時的記録媒体。

４ａ、５ａ 時刻ｔ_ｉ－１の推定インパルス応答
４ｂ、５ｂ 時刻ｔ_ｉの推定インパルス応答
６ａ 直接波
６ｂ、６ｃ マルチパスによる遅延波
１００、２００ 無線装置
１０１、１０１－０～１０１－（Ｎ－１）、２０１ アンテナ
１０２ 無線送受信部
１０３ チャネル推定部
１０４ タップ位置誤差検出部
１０５ チャネル予測部
１０６ 送信信号生成部
２００ 無線端末（端末）
３００ プロセッサ装置（コンピュータ装置）
３０１ プロセッサ
３０２ メモリ
３０３ ＲＦトランシーバ
３０４ 通信インタフェース

Claims (11)

1. 無線端末との間のチャネルのインパルス応答の推定値である推定インパルス応答を取得するチャネル推定部と、
   前記推定インパルス応答の内の異なる時刻における推定インパルス応答の間のタップ位置の誤差を検出するタップ位置誤差検出部と、
   前記推定インパルス応答と前記タップ位置の誤差とを用いて、未来の時刻における前記チャネルのインパルス応答である予測インパルス応答を計算するチャネル予測部と、
   を備える、無線装置。
2. 複数のアンテナをさらに備え、
   前記チャネル推定部は、前記インパルス応答として、前記無線端末と前記複数のアンテナの各々との間のチャネルのインパルス応答を推定する、
   請求項１に記載の無線装置。
3. 複数のアンテナをさらに備え、
   前記チャネル推定部は、前記インパルス応答を、前記無線端末と前記複数のアンテナの各々との間のチャネルのインパルス応答と、ウェイト行列とを用いて、計算する、
   請求項１に記載の無線装置。
4. 前記タップ位置誤差検出部は、前記推定インパルス応答の大きさが最大となるタップの位置に基づいて、前記タップ位置の誤差を検出する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の無線装置。
5. 前記タップ位置誤差検出部は、前記異なる時刻における推定インパルス応答の間の相関に基づいて、前記タップ位置の誤差を検出する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の無線装置。
6. 前記チャネル予測部は、前記タップ位置の誤差を基に、前記推定インパルス応答のタップの位置を調整して予測インパルス応答を計算する、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の無線装置。
7. 前記チャネル予測部は、前記予測インパルス応答の振幅と位相とを個別に予測する、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の無線装置。
8. 前記チャネル予測部は、前記推定インパルス応答の大きさが予め定められたしきい値未満のタップに対して、前記予測インパルス応答を計算せずに、前記予測インパルス応答の値を０とする、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の無線装置。
9. 前記チャネル予測部は、前記予測インパルス応答の大きさが予め定められたしきい値未満のタップに対して、前記予測インパルス応答の値を０とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の無線装置。
10. 無線端末と無線装置の間のチャネルのインパルス応答の推定値である推定インパルス応答を取得し、
    前記推定インパルス応答の内の異なる時刻における推定インパルス応答の間のタップ位置の誤差を検出し、
    前記推定インパルス応答と前記タップ位置の誤差とを用いて、未来の時刻における前記チャネルのインパルス応答である予測インパルス応答を計算する、
    ことを含む、チャネル予測方法。
11. 無線端末との間のチャネルのインパルス応答の推定値である推定インパルス応答を取得するチャネル推定処理と、
    前記推定インパルス応答の内の異なる時刻における推定インパルス応答の間のタップ位置の誤差を検出するタップ位置誤差検出処理と、
    前記推定インパルス応答と前記タップ位置の誤差とを用いて、未来の時刻における前記チャネルのインパルス応答である予測インパルス応答を計算するチャネル予測処理と、
    をプロセッサに実行させるプログラム。

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