JP2017153018A - Radio communication system and communication method for radio communication system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線通信システムおよび無線通信システムの通信方法に関する。 The present invention relates to a radio communication system and a communication method of the radio communication system.
無線通信システムにおいて、電磁波の軌道角運動量(OAM:Orbital Angular Momentum)を利用して電磁波を多重させて伝送容量を増大させる技術が提案されている(例えば、非特許文献1、2)。すなわち、異なるOAMモードを有する電磁波の位相分布が互いに直交することにより、各OAMモードの電磁波は、受信局の処理で分離可能となる。これにより、OAMを利用して電磁波を多重伝送することができる。
In wireless communication systems, techniques for increasing transmission capacity by multiplexing electromagnetic waves using orbital angular momentum (OAM: Orbital Angular Momentum) have been proposed (for example, Non-Patent
OAMの電磁波は、渦状の位相分布を保ったまま空間を伝播する。また、OAMの電磁波のエネルギーは空間的に拡散してしまう。 OAM electromagnetic waves propagate through space while maintaining a vortex phase distribution. In addition, the energy of the electromagnetic waves of OAM diffuses spatially.
このため、OAMの電磁波を所定の受信電力で受信するには、伝播距離に応じてアンテナの開口径を大きくすることが必要となり、伝播距離が長くなるに従い無線通信システムの規模が大きくなってしまう。 For this reason, in order to receive OAM electromagnetic waves with a predetermined reception power, it is necessary to increase the aperture diameter of the antenna according to the propagation distance, and the scale of the wireless communication system increases as the propagation distance increases. .
本発明は、アンテナの開口径を大きくすることなく、従来と比べてOAMの電磁波を確度高く受信できる無線通信システムおよび無線通信システムの通信方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a radio communication system and a communication method of the radio communication system that can receive OAM electromagnetic waves with higher accuracy than before without increasing the aperture diameter of the antenna.
第1の発明は、送信局と、受信局と、ビーム制御素子とを備える無線通信システムであって、送信局は、送信するデータを含む信号に基づいて電磁波を変調する変調部と、変調部で変調された電磁波を放射する複数のアンテナ素子を有する円形アレーアンテナを少なくとも一組含む送信アンテナ部とを備え、ビーム制御素子は、送信局の送信アンテナ部から放射された電磁波を入力とし、入力された電磁波の放射方向を変更して出力するレンズ部を備え、受信局は、レンズ部から出力された電磁波を受信する複数のアンテナ素子を有する円形アレーアンテナを少なくとも一組含む受信アンテナ部と、受信アンテナ部が受信した電磁波の受信信号を復調する復調部とを備える。 A first invention is a wireless communication system including a transmission station, a reception station, and a beam control element, wherein the transmission station modulates an electromagnetic wave based on a signal including data to be transmitted, and a modulation unit And a transmitting antenna unit including at least one set of circular array antennas having a plurality of antenna elements that radiate electromagnetic waves modulated with a beam control element, which receives an electromagnetic wave radiated from the transmitting antenna unit of the transmitting station as an input. A receiving antenna unit that includes at least one set of circular array antennas having a plurality of antenna elements that receive electromagnetic waves output from the lens unit; And a demodulator that demodulates a received signal of the electromagnetic wave received by the receiving antenna unit.
第1の発明において、レンズ部は、送信アンテナ部の円形アレーアンテナから放射される電磁波の像が、受信アンテナ部が配置される位置において、受信アンテナ部の円形アレーアンテナの大きさで結像するように、送信アンテナ部と受信アンテナ部との間に配置される。 In the first invention, the lens unit forms an image of an electromagnetic wave radiated from the circular array antenna of the transmitting antenna unit at a size of the circular array antenna of the receiving antenna unit at a position where the receiving antenna unit is disposed. As described above, the antenna is disposed between the transmission antenna unit and the reception antenna unit.
第1の発明において、送信アンテナ部は、レンズ部の光軸方向に対して垂直な二次元平面上に配置される複数組の円形アレーアンテナを有し、受信アンテナ部は、レンズ部の光軸方向に対して垂直な二次元平面上に配置される複数組の円形アレーアンテナを有し、送信局は、送信アンテナ部の各円形アレーアンテナに電磁波を放射させる参照信号を生成する信号生成部と、信号生成部により生成された参照信号の電磁波を送信アンテナ部の各円形アレーアンテナに放射させる制御部とを備え、受信局は、受信アンテナ部により受信された参照信号の電磁波の受信状態を送信アンテナ部の円形アレーアンテナ毎に測定し、測定の結果を送信局に出力する測定部を備え、制御部は、測定の結果に基づいて、データを含む信号の電磁波を放射させる円形アレーアンテナを、送信アンテナ部の複数組の円形アレーアンテナから選択する。 In the first invention, the transmitting antenna unit has a plurality of sets of circular array antennas arranged on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis direction of the lens unit, and the receiving antenna unit is an optical axis of the lens unit. A plurality of sets of circular array antennas arranged on a two-dimensional plane perpendicular to the direction, and a transmitting station generates a reference signal for radiating electromagnetic waves to each circular array antenna of the transmission antenna unit; A control unit that radiates the electromagnetic wave of the reference signal generated by the signal generation unit to each circular array antenna of the transmission antenna unit, and the receiving station transmits the reception state of the electromagnetic wave of the reference signal received by the reception antenna unit A measurement unit that measures each circular array antenna of the antenna unit and outputs the measurement result to the transmitting station is provided, and the control unit radiates an electromagnetic wave of a signal including data based on the measurement result Shaped array antenna is selected from a plurality of sets of circular array antenna of the transmitting antenna section.
第1の発明において、送信アンテナ部は、レンズ部の光軸方向に対して垂直な二次元平面上に、同心円状に配置される複数組の円形アレーアンテナを有し、受信アンテナ部は、レンズ部の光軸方向に対して垂直な二次元平面上に、同心円状に配置される複数組の円形アレーアンテナを有し、レンズ部は、送信アンテナ部の複数組の円形アレーアンテナの各々から放射される電磁波の像が、受信アンテナ部が配置される位置において、受信アンテナ部の複数組の円形アレーアンテナのいずれかの大きさで結像するように、送信アンテナ部と受信アンテナ部との間に配置される。 In the first invention, the transmission antenna unit has a plurality of sets of circular array antennas arranged concentrically on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis direction of the lens unit. A plurality of circular array antennas arranged concentrically on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis direction of the optical unit, and the lens unit radiates from each of the multiple circular array antennas of the transmission antenna unit. Between the transmitting antenna unit and the receiving antenna unit so that the image of the electromagnetic wave to be imaged is one of the sizes of a plurality of circular array antennas of the receiving antenna unit at the position where the receiving antenna unit is disposed. Placed in.
第1の発明において、送信局は、データを含む信号に付加された情報に基づいて、変調部において変調する軌道角運動量(OAM:Orbital Angular Momentum)モードを選択するOAMモード選択部を備え、変調部は、OAMモード選択部で選択されたOAMを有する電磁波を、データを含む信号に基づいて変調し、送信アンテナ部は、変調部により変調されたOAMを有する電磁波を放射する。 In the first invention, the transmission station includes an OAM mode selection unit that selects an Orbital Angular Momentum (OAM) mode to be modulated in the modulation unit based on information added to a signal including data. The unit modulates the electromagnetic wave having the OAM selected by the OAM mode selection unit based on a signal including data, and the transmission antenna unit radiates the electromagnetic wave having the OAM modulated by the modulation unit.
第2の発明は、送信局と、受信局と、ビーム制御素子とを備える無線通信システムの通信方法であって、送信局が、送信するデータを含む信号に基づいて電磁波を変調する変調ステップと、送信局が、複数のアンテナ素子を有する円形アレーアンテナを少なくとも一組含む送信アンテナ部を用いて、変調された電磁波を放射する第1送信ステップと、ビーム制御素子が、ビーム制御素子に含まれるレンズ部を用いて、送信アンテナ部から放射された電磁波を入力とし、入力された電磁波の放射方向を変更して出力する結像ステップと、受信局が、複数のアンテナ素子を有する円形アレーアンテナを少なくとも一組含む受信アンテナ部を用いて、レンズ部から出力された電磁波を受信する第1受信ステップと、受信局が、受信アンテナ部が受信した電磁波の受信信号を復調する復調ステップとを備える。 A second invention is a communication method of a wireless communication system comprising a transmitting station, a receiving station, and a beam control element, wherein the transmitting station modulates an electromagnetic wave based on a signal including data to be transmitted; The beam control element includes a first transmission step in which the transmission station radiates a modulated electromagnetic wave using a transmission antenna unit including at least one set of circular array antennas having a plurality of antenna elements, and a beam control element. An imaging step for changing the radiation direction of the input electromagnetic wave and outputting the electromagnetic wave radiated from the transmitting antenna unit using the lens unit, and a circular array antenna having a plurality of antenna elements A first receiving step for receiving an electromagnetic wave output from the lens unit using a receiving antenna unit including at least one set; and the receiving station receives the receiving antenna unit. The received signal of the electromagnetic wave and a demodulation step of demodulating.
第2の発明において、送信アンテナ部の円形アレーアンテナから放射される電磁波の像が、受信アンテナ部が配置される位置において、受信アンテナ部の円形アレーアンテナの大きさで結像するように、送信アンテナ部と受信アンテナ部との間に配置される。 In the second invention, transmission is performed so that the image of the electromagnetic wave radiated from the circular array antenna of the transmission antenna unit is formed with the size of the circular array antenna of the reception antenna unit at the position where the reception antenna unit is disposed. It arrange | positions between an antenna part and a receiving antenna part.
第2の発明において、送信局が、レンズ部の光軸方向に対して垂直な二次元平面上に配置された複数組の円形アレーアンテナを有する送信アンテナ部の各円形アレーアンテナに、参照信号の電磁波を放射させる第2送信ステップと、受信局が、レンズ部の光軸方向に対して垂直な二次元平面上に配置された複数組の円形アレーアンテナを有する受信アンテナ部を用いて、送信アンテナ部の各円形アレーアンテナにより放射された参照信号の電磁波を受信する第2受信ステップと、受信局が、受信アンテナ部により受信された参照信号の電磁波の受信状態を送信アンテナ部の円形アレーアンテナ毎に測定し、測定の結果を送信局に出力する測定ステップと、送信局が、受信局から受信した測定の結果に基づいて、データを含む信号の電磁波を放射させる円形アレーアンテナを、送信アンテナ部の複数組の円形アレーアンテナから選択する選択ステップとを備える。 In the second invention, the transmitting station has a plurality of sets of circular array antennas arranged on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis direction of the lens unit. A second transmitting step for radiating electromagnetic waves, and a receiving station using a receiving antenna unit having a plurality of sets of circular array antennas arranged on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis direction of the lens unit. A second receiving step for receiving the electromagnetic wave of the reference signal radiated by each circular array antenna of the unit, and the receiving station for each circular array antenna of the transmitting antenna unit for the reception state of the electromagnetic wave of the reference signal received by the receiving antenna unit A measurement step of measuring and outputting the measurement result to the transmitting station, and the transmitting station emitting electromagnetic waves of a signal including data based on the measurement result received from the receiving station. A circular array antenna which includes a selection step of selecting from a plurality of sets of circular array antenna of the transmitting antenna section.
第2の発明において、送信アンテナ部は、レンズ部の光軸方向に対して垂直な二次元平面上に、同心円状に配置される複数組の円形アレーアンテナを有し、受信アンテナ部は、レンズ部の光軸方向に対して垂直な二次元平面上に、同心円状に配置される複数組の円形アレーアンテナを有し、レンズ部は、送信アンテナ部の複数組の円形アレーアンテナの各々から放射される電磁波の像が、受信アンテナ部が配置される位置において、受信アンテナ部の複数組の円形アレーアンテナのいずれかの大きさで結像するように、送信アンテナ部と受信アンテナ部との間に配置される。 In the second invention, the transmitting antenna unit has a plurality of sets of circular array antennas arranged concentrically on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis direction of the lens unit, and the receiving antenna unit includes a lens A plurality of circular array antennas arranged concentrically on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis direction of the optical unit, and the lens unit radiates from each of the multiple circular array antennas of the transmission antenna unit. Between the transmitting antenna unit and the receiving antenna unit so that the image of the electromagnetic wave to be imaged is one of the sizes of a plurality of circular array antennas of the receiving antenna unit at the position where the receiving antenna unit is disposed. Placed in.
第2の発明において、送信局は、データを含む信号に付加された情報に基づいて、変調する軌道角運動量モードを選択するOAMモード選択ステップを備え、変調ステップは、OAMモード選択ステップで選択されたOAMを有する電磁波を、データを含む信号に基づいて変調し、第1送信ステップは、変調部ステップで変調されたOAMを有する電磁波を放射する In the second invention, the transmitting station includes an OAM mode selection step for selecting an orbital angular momentum mode to be modulated based on information added to a signal including data, and the modulation step is selected in the OAM mode selection step. The electromagnetic wave having OAM is modulated based on a signal including data, and the first transmission step emits the electromagnetic wave having OAM modulated by the modulation unit step.
本発明は、レンズの結像作用を利用することにより、アンテナの開口径を大きくすることなく、従来と比べてOAMの電磁波を確度高く受信できる。 The present invention makes it possible to receive OAM electromagnetic waves with higher accuracy than before by using the imaging effect of the lens without increasing the aperture diameter of the antenna.
以下、図面を用いて実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
図1は、無線通信システムの一実施形態を示す。 FIG. 1 shows an embodiment of a wireless communication system.
図1に示した無線通信システムSYSは、送信局10、受信局20およびビーム制御素子30を有する。送信局10と受信局20とは、無線を介して互いに接続される。
The wireless communication system SYS illustrated in FIG. 1 includes a
送信局10は、IF(Interface)部11、S/P(Serial-to-Parallel)部12、変調部13および送信アンテナANTを有する。
The
IF部11は、入力インタフェース等であり、スマートフォンやタブレット型端末等の携帯通信端末から送信されたデータを含む信号、あるいはネットワークからデータを含む信号を受信する。IF部11は、受信した信号(以下、“送信信号系列”とも称される)をS/P部12に出力する。
The
S/P部12は、送信信号系列をシリアル信号からパラレル信号に変換する。S/P部12は、パラレル信号に変換した送信信号系列を変調部13に出力する。
The S /
変調部13は、S/P部12から受信した送信信号系列の先頭に付加されたプリアンブルを参照し、電磁波を変調するOAMモードを示すOAM情報を取得する。変調部13は、取得したOAM情報に基づいて、パラレル信号に変換された送信信号系列の各ストリームを、それぞれ異なるモードのOAMの電磁波に変調する。そして、変調部13は、各モードのOAMの電磁波を多重して送信アンテナANTに出力する。
The
なお、送信局10に含まれるプロセッサ等が、例えば、送信信号系列の先頭に付加されたプリアンブルを参照してOAMモードを選択するOAMモード選択部として機能してもよい。この場合、プロセッサ等は、選択したOAMモードを示すOAM情報を変調部13に出力する。
Note that a processor or the like included in the
送信アンテナANTは、複数のアンテナ素子EAが円周上に配置された円形アレーアンテナであり、少なくとも一組の円形アレーアンテナを有する。送信アンテナANTは、変調部13から受信したOAMの電磁波を受信局20に向けて放射する。送信アンテナANTについては、図2で説明する。
The transmission antenna ANT is a circular array antenna in which a plurality of antenna elements EA are arranged on the circumference, and has at least one set of circular array antennas. The transmission antenna ANT radiates the OAM electromagnetic wave received from the
受信局20は、受信アンテナANRおよび復調部21を有する。
The
受信アンテナANRは、送信アンテナANTと同様に、複数のアンテナ素子EAが円周上に配置された円形アレーアンテナであり、少なくとも一組の円形アレーアンテナを有する。受信アンテナANRは、送信局10により放射されたOAMを有する電磁波を、ビーム制御素子30を介して受信し、受信したOAMの電磁波の受信信号を復調部21に出力する。受信アンテナANRについては、図2で説明する。
Similar to the transmission antenna ANT, the reception antenna ANR is a circular array antenna in which a plurality of antenna elements EA are arranged on the circumference, and has at least one set of circular array antennas. The receiving antenna ANR receives an electromagnetic wave having OAM radiated from the transmitting
復調部21は、OAMの電磁波の受信信号に復調処理を実行する。そして、受信局20は、受信局20に含まれる出力インタフェース等を介して、復調処理された送信信号系列のプリアンブルが示す送信先である外部の携帯通信端末やネットワーク等に、送信信号系列を出力する。
The
ビーム制御素子30は、例えば、凸レンズのレンズ31を有する。ビーム制御素子30は、レンズ31を用いて、送信局10の送信アンテナANTから送信された電磁波を入力とし、入力された電磁波の放射方向を変更して出力する。なお、レンズ31は、1枚の凸レンズとしたが、複数のレンズの組み合わせでもよい。また、レンズ31は、凸レンズの代わりに、凸レンズと同様の機能を有する素子であってもよい。
The
なお、ビーム制御素子30は、送信局10または受信局20に含まれてもよい。
The
また、送信局10、受信局20およびビーム制御素子30の配置については、図3で説明する。
Further, the arrangement of the transmitting
図2は、図1に示した送信アンテナANTの一例を示す。図2に示すように、送信アンテナANTは、N組の円形アレーアンテナSA(SA(1)−SA(N))を有する。送信アンテナANTの円形アレーアンテナSAの各々は、互いに異なる半径R1(R11−R1N)を有し、同心円状に配置される。そして、各円形アレーアンテナSAの円周上には、例えば、8個のアンテナ素子EAが角度2π/8の間隔で配置される。なお、各円形アレーアンテナSAに含まれるアンテナ素子EAの数がM個の場合、アンテナ素子EAは、角度2π/Mの間隔で配置される。 FIG. 2 shows an example of the transmission antenna ANT shown in FIG. As shown in FIG. 2, the transmission antenna ANT has N sets of circular array antennas SA (SA (1) -SA (N)). Each of the circular array antennas SA of the transmission antenna ANT has a different radius R1 (R11-R1N) and is arranged concentrically. For example, eight antenna elements EA are arranged at intervals of 2π / 8 on the circumference of each circular array antenna SA. When the number of antenna elements EA included in each circular array antenna SA is M, the antenna elements EA are arranged at an interval of an angle 2π / M.
なお、送信アンテナANTにおける円形アレーアンテナSAの組数N、各円形アレーアンテナSAに含まれるアンテナ素子EAの数は、無線通信システムSYSの規模や、要求される通信の品質に応じて適宜決定されるのが好ましい。 The number N of circular array antennas SA in the transmission antenna ANT and the number of antenna elements EA included in each circular array antenna SA are appropriately determined according to the scale of the wireless communication system SYS and the required communication quality. It is preferable.
次に、送信アンテナANTを用いてOAMのモードを有する電磁波を変調する方法を説明する。例えば、図2に示した円形アレーアンテナSA(n)(nは、1からNの整数)は、単一のOAMモードj(jは、0からM−1の整数)を有する電磁波を放射する場合、アンテナ素子EA毎に位相が2πj/Mずつ異なる信号波形の電磁波を放射させる。これにより、円形アレーアンテナSA(n)は、OAMモードjの電磁波を放射する。 Next, a method for modulating an electromagnetic wave having an OAM mode using the transmission antenna ANT will be described. For example, the circular array antenna SA (n) (n is an integer from 1 to N) shown in FIG. 2 radiates an electromagnetic wave having a single OAM mode j (j is an integer from 0 to M−1). In this case, an electromagnetic wave having a signal waveform whose phase is different by 2πj / M for each antenna element EA is radiated. Thereby, the circular array antenna SA (n) radiates an electromagnetic wave of OAM mode j.
また、円形アレーアンテナSA(n)は、2以上のOAMモードの電磁波を放射する場合、各OAMモードの信号波形を合成した電磁波をアンテナ素子から放射する。例えば、OAMモードがj1、j2の場合、円形アレーアンテナSA(n)は、アンテナ素子EA毎に位相が2πj1/Mずつ異なる信号波形と、アンテナ素子EA毎に位相が2πj2/Mずつ異なる信号波形とを合成した信号波形の電磁波を放射させる。これにより、円形アレーアンテナSA(n)は、OAMモードj1、j2の電磁波を同時に放射できる。なお、j1、j2は、0からM−1の整数である。 Further, when the circular array antenna SA (n) radiates two or more OAM mode electromagnetic waves, the circular array antenna SA (n) radiates an electromagnetic wave obtained by combining the signal waveforms of the OAM modes from the antenna element. For example, when the OAM mode is j1 and j2, the circular array antenna SA (n) has a signal waveform whose phase differs by 2πj1 / M for each antenna element EA and a signal waveform whose phase differs by 2πj2 / M for each antenna element EA. The electromagnetic wave of the signal waveform which synthesize | combined is radiated. Thereby, circular array antenna SA (n) can radiate | emit the electromagnetic waves of OAM mode j1 and j2 simultaneously. J1 and j2 are integers from 0 to M-1.
一方、受信アンテナANRは、図2に示した送信アンテナANTと同様に、互いに異なる半径R2(R21−R2L)の同心円で配置されるL組の円形アレーアンテナを有する。そして、送信アンテナANTと同様に、受信アンテナANRの円形アレーアンテナの各々の円周上に、8個のアンテナ素子EAが角度2π/8の間隔で配置される。なお、受信アンテナANRの円形アレーアンテナの組数Lは、送信アンテナANTの円形アレーアンテナの組数Nと同じでもよく、異なってもよい。また、受信アンテナANRの各円形アレーアンテナに含まれるアンテナ素子EAの数は、送信アンテナANTの各円形アレーアンテナSAに含まれるアンテナ素子EAの数と同じでもよく、異なってもよい。 On the other hand, the receiving antenna ANR has L sets of circular array antennas arranged in concentric circles having different radii R2 (R21-R2L), similarly to the transmitting antenna ANT shown in FIG. Similarly to the transmission antenna ANT, eight antenna elements EA are arranged at intervals of 2π / 8 on the circumference of each of the circular array antennas of the reception antenna ANR. Note that the number L of sets of circular array antennas of the reception antenna ANR may be the same as or different from the number N of sets of circular array antennas of the transmission antenna ANT. Further, the number of antenna elements EA included in each circular array antenna of the reception antenna ANR may be the same as or different from the number of antenna elements EA included in each circular array antenna SA of the transmission antenna ANT.
受信アンテナANRは、ビーム制御素子30を介して、送信アンテナANTの円形アレーアンテナSA(n)(nは、1からNの整数)により放射されたOAMの電磁波を、受信アンテナANRのいずれかの一組の円形アレーアンテナで受信する。受信アンテナANRは、受信した電磁波の受信信号を復調部21に出力する。
The reception antenna ANR transmits an OAM electromagnetic wave radiated by the circular array antenna SA (n) (n is an integer from 1 to N) of the transmission antenna ANT via the
復調部21は、OAMの電磁波が単一のOAMモードの場合、OAMの電磁波を受信した受信アンテナANRの円形アレーアンテナのアンテナ素子EA間で、受信信号の位相が互いに揃うように位相シフトの処理を実行する。復調部21は、位相が互いに揃えられた各アンテナ素子EAの受信信号の信号波形を加算して変調信号を復元する。そして、復調部21は、復元した変調信号を復調する。
When the OAM electromagnetic wave is in a single OAM mode, the
一方、OAMの電磁波が複数のOAMモードを有する場合、復調部21は、OAMの電磁波を受信した受信アンテナANRの円形アレーアンテナの各アンテナ素子EAにおいて、同時刻に受信した受信信号に、IDFT(Inverse discrete Fourier transform)処理を実行することにより、OAMモード毎の受信信号に分離する。そして、復調部21は、分離した各OAMモードの受信信号を復調する。
On the other hand, when the OAM electromagnetic wave has a plurality of OAM modes, the
図3は、図1に示した送信アンテナANT、受信アンテナANRおよびビーム制御素子30の配置の一例を示す。図3では、送信アンテナANTとして、半径R11の一組の円形アレーアンテナ(すなわち、図2に示した円形アレーアンテナSA(1))を示し、受信アンテナANRとして、半径R21の一組の円形アレーアンテナを示す。また、図3では、ビーム制御素子30として、直径dLおよび焦点距離fを有するレンズ31を示す。なお、レンズ31の直径dLは、送信アンテナANTから放射される電磁波のビーム幅に応じて設定されることが好ましい。
FIG. 3 shows an example of the arrangement of the transmission antenna ANT, the reception antenna ANR, and the
また、図3では、レンズ31の光軸の方向をX軸とし、レンズ31の光軸の方向に垂直な方向をY軸およびZ軸とする。そして、図3では、XYZ座標の原点と送信アンテナANTの円形アレーアンテナSA(1)の中心とが一致するように、送信アンテナANTがYZ平面に配置される。また、受信アンテナANRは、受信アンテナANRに含まれる円形アレーアンテナの中心をX軸が通るように、送信アンテナANTと対向して、距離xの位置のYZ平面に配置される。すなわち、送信アンテナANTの中心と、受信アンテナANRの中心と、レンズ31の光軸がX軸上に配置される。
In FIG. 3, the direction of the optical axis of the
送信アンテナANTが放射する電磁波が、送信アンテナANTから距離a離れた位置に配置された焦点距離fのレンズ31により、受信アンテナANRが配置された距離xの位置で結像される場合、式(1)の条件が満たされる。
When the electromagnetic wave radiated from the transmitting antenna ANT is imaged at the position of the distance x where the receiving antenna ANR is arranged by the
1/a+1/(x−a)=1/f …(1)
なお、受信アンテナANRの位置で結像される送信アンテナANTの像の倍率kは、式(2)を用いて算出される。
1 / a + 1 / (xa) = 1 / f (1)
The magnification k of the image of the transmission antenna ANT formed at the position of the reception antenna ANR is calculated using Expression (2).
k=(x−a)/a …(2)
そして、半径R11の送信アンテナANTの像の大きさが、半径R21の受信アンテナANRの大きさとなる場合、倍率kはR21/R11となる。これにより、レンズ31が配置される距離aは、式(2)と送信アンテナANTおよび受信アンテナANRの半径R11、R21とを用いて、式(3)のように表される。
k = (x−a) / a (2)
When the size of the image of the transmitting antenna ANT having the radius R11 is the size of the receiving antenna ANR having the radius R21, the magnification k is R21 / R11. As a result, the distance a at which the
a=x×R11/(R11+R21) …(3)
また、レンズ31の焦点距離fは、式(1)と式(3)とに基づいて、式(4)のように、送信アンテナANTの半径R11と受信アンテナANRの半径R21と関係付けられる。
a = x × R11 / (R11 + R21) (3)
Further, the focal length f of the
f=x×R11/(R11+R21)×(1−R11/(R11+R21)) …(4)
すなわち、送信アンテナANT、受信アンテナANRおよびビーム制御素子30の各々は、式(3)および式(4)の条件を満たすように、X軸上に配置される。
f = x * R11 / (R11 + R21) * (1-R11 / (R11 + R21)) (4)
That is, each of the transmission antenna ANT, the reception antenna ANR, and the
なお、図3では、送信アンテナANTが半径R11の円形アレーアンテナを用い、受信アンテナANRが半径R21の円形アレーアンテナを用いる場合を示したが、送信アンテナANTおよび受信アンテナANRの各々が他の半径の円形アレーアンテナを用いる場合についても、式(1)および式(2)を用いて、レンズ31の距離aおよび焦点距離fが算出される。
FIG. 3 shows the case where the transmitting antenna ANT uses a circular array antenna having a radius R11 and the receiving antenna ANR uses a circular array antenna having a radius R21. However, each of the transmitting antenna ANT and the receiving antenna ANR has a different radius. Also in the case of using the circular array antenna, the distance “a” and the focal length “f” of the
なお、式(3)および式(4)の条件を満たし、かつ送信アンテナANTの半径R1iの円形アレーアンテナSA(i)と、受信アンテナANRの半径R2mの円形アレーアンテナとが、R2m=k×R1iの条件を満たす場合、送信アンテナANTの半径R11の円形アレーアンテナSA(1)と受信アンテナANRの半径R21の円形アレーアンテナとの間の通信と、送信アンテナANTの半径R1iの円形アレーアンテナSA(i)と受信アンテナANRの半径R2mの円形アレーアンテナとの間の通信とが、同時に行われてもよい。ここで、iは2以上N以下の整数であり、mは2以上L以下の整数である。 Note that a circular array antenna SA (i) satisfying the conditions of the equations (3) and (4) and having a radius R1i of the transmitting antenna ANT and a circular array antenna having a radius R2m of the receiving antenna ANR are R2m = k × When the condition of R1i is satisfied, communication between the circular array antenna SA (1) having the radius R11 of the transmitting antenna ANT and the circular array antenna having the radius R21 of the receiving antenna ANR, and the circular array antenna SA having the radius R1i of the transmitting antenna ANT. Communication between (i) and the circular array antenna having the radius R2m of the receiving antenna ANR may be performed simultaneously. Here, i is an integer from 2 to N, and m is an integer from 2 to L.
この場合、送信アンテナANTの円形アレーアンテナSA(1)から放射された電磁波は、受信アンテナANRの半径R21の円形アレーアンテナで受信され、復調部21に入力される。一方、送信アンテナANTの円形アレーアンテナSA(i)から放射された電磁波は、受信アンテナANRの半径R2mの円形アレーアンテナで受信され、復調部21に入力される。復調部21では、受信アンテナANRの半径R21の円形アレーアンテナから入力された受信信号と、半径R2mの円形アレーアンテナから入力された受信信号とを、それぞれ独立に復調する。
In this case, the electromagnetic wave radiated from the circular array antenna SA (1) of the transmitting antenna ANT is received by the circular array antenna having the radius R21 of the receiving antenna ANR and input to the
図4は、図1に示した送信アンテナANTにより放射されるOAMモード毎の電磁波の放射角度に応じたエネルギーの分布の一例を示す。図4の横軸は、X軸(レンズ31の光軸)の方向を基準にして、送信アンテナANTにより放射されるOAMの電磁波の放射角度θを示す。図4の縦軸は、送信アンテナANTが放射する電磁波の全放射エネルギーと、0度からθ度までの放射角度に放射された電磁波の放射エネルギーの累積値とのエネルギー比を示す。 FIG. 4 shows an example of energy distribution according to the radiation angle of the electromagnetic wave for each OAM mode radiated by the transmission antenna ANT shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 4 indicates the radiation angle θ of the electromagnetic wave of OAM radiated from the transmission antenna ANT with reference to the direction of the X axis (the optical axis of the lens 31). The vertical axis in FIG. 4 shows the energy ratio between the total radiant energy of the electromagnetic wave radiated by the transmitting antenna ANT and the cumulative value of the radiant energy of the electromagnetic wave radiated at a radiation angle from 0 degree to θ degree.
なお、図4に示す分布を求めるにあたり、送信アンテナANTの半径R11の円形アレーアンテナおよび受信アンテナANRの半径R21の円形アレーアンテナのアンテナ素子EAの数は、12個としている。また、OAMの電磁波の周波数は、60ギガヘルツとし、半径R11は、0.5センチメートル(すなわち、電磁波の1波長)とし、半径R21は、10センチメートルとしている。また、送信アンテナANTと受信アンテナANRとの距離xは、10メートルとし、送信局10、受信局20およびビーム制御素子30は、地上から0.125センチメートル(0.25波長)の高さに配置されるとしている。
In obtaining the distribution shown in FIG. 4, the number of antenna elements EA of the circular array antenna having the radius R11 of the transmitting antenna ANT and the circular array antenna having the radius R21 of the receiving antenna ANR is set to twelve. The frequency of the OAM electromagnetic wave is 60 gigahertz, the radius R11 is 0.5 centimeter (that is, one wavelength of the electromagnetic wave), and the radius R21 is 10 centimeters. The distance x between the transmitting antenna ANT and the receiving antenna ANR is 10 meters, and the transmitting
図4に示すように、例えば、OAMモードが“1”の場合、エネルギー比が80パーセントとなる放射角度θは、27度を示す。放射角度θが27度で、ビーム制御素子30が配置されない場合、受信アンテナANRが配置された10メートルの位置におけるOAMモード“1”の電磁波のビーム幅は、5.09メートルとなる。しかしながら、送信アンテナANTから47.62センチメートル(距離a)の位置に、焦点距離fが45.35センチメートルのレンズ31を配置した場合、受信アンテナANRが配置された位置におけるOAMモード“1”の電磁波のビーム幅は、10センチメートル(すなわち、受信アンテナANRの半径R21)となる。すなわち、ビーム制御素子30を配置することにより、OAMモード“1”の電磁波の拡がりを0.020倍に縮小することができる。また、OAMモードが“0”、“2”、“3”の場合における電磁波の拡がりも、OAMモード“1”の場合と同様に、縮小させることができる。これにより、無線通信システムSYSの規模を抑制することができる。
As shown in FIG. 4, for example, when the OAM mode is “1”, the radiation angle θ at which the energy ratio is 80% indicates 27 degrees. When the radiation angle θ is 27 degrees and the
なお、OAMモードが“1”の場合のレンズ31の直径dLは、2×47.62センチメートル(距離a)×tan(27度)(すなわち、48.53センチメートル)より大きいことが好ましい。
The diameter dL of the
以上、図1から図4に示した実施形態では、受信アンテナANRが配置された位置において、送信アンテナANTの像の大きさが受信アンテナANRの大きさとなるように、ビーム制御素子30を配置する。すなわち、送信アンテナANTより放射されるOAMの電磁波のビーム幅は、ビーム制御素子30が有するレンズ31の結像作用により、受信アンテナANRの大きさにすることができる。これにより、無線通信システムSYSは、受信アンテナANRの開口径を大きくすることなく、従来と比べてOAMの電磁波を確度高く受信でき、無線通信システムSYSの規模を抑制できる。
As described above, in the embodiment shown in FIGS. 1 to 4, the
図5は、無線通信システムの別の実施形態を示す。なお、図1で説明した要素と同一または同様の機能を有する要素については、同一または同様の符号を付し、これらについては、詳細な説明を省略する。 FIG. 5 shows another embodiment of a wireless communication system. Elements having the same or similar functions as those described in FIG. 1 are denoted by the same or similar reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図5に示した無線通信システムSYS1は、送信局10A、受信局20Aおよびビーム制御素子30を有する。
The wireless communication system SYS1 illustrated in FIG. 5 includes a transmitting
送信局10Aは、IF部11、S/P部12、変調部13、制御部14、参照信号生成部15および送信アンテナANTaを有する。
The
制御部14は、例えば、送信局10Aに含まれるプロセッサ等が、送信局10Aに含まれるハードディスク装置等の記憶装置に記憶された制御プログラムを実行することにより実現され、送信局10Aの動作を制御する。例えば、制御部14は、受信局20Aにより測定された受信アンテナANRaが受信した電磁波のSNR(Signal-to-Noise Ratio)やBER(Bit Error Rate)等の測定結果を、IF部11またはIF部11と異なる送信局10Aに含まれる入力インタフェースを介して受信する。制御部14は、受信した測定結果に基づいて、送信アンテナANTaが有する複数組の円形アレーアンテナのうち、OAMの電磁波を放射させる一組の円形アレーアンテナを選択する。また、制御部14は、送信アンテナANTaが放射した電磁波のSNRやBER等を受信局20Aに測定させる参照信号を、参照信号生成部15に生成させる。そして、制御部14は、生成させた参照信号に基づいて変調したOAMの電磁波を送信アンテナANTaの複数組の円形アレーアンテナの各々に順次に送信させる。
The
なお、送信局10Aに含まれるプロセッサ等が、例えば、送信信号系列の先頭に付加されたプリアンブルを参照してOAMモードを選択するOAMモード選択部として機能してもよい。この場合、プロセッサ等は、選択したOAMモードを示すOAM情報を変調部13に出力する。
Note that a processor or the like included in the
参照信号生成部15は、制御部14からの制御指示に基づいて、送信アンテナANTaの各円形アレーアンテナが放射する電磁波のSNRやBER等を、受信局20Aに測定させるための参照信号を生成し、生成した参照信号を送信アンテナANTaに出力する。
Based on the control instruction from the
送信アンテナANTaは、複数のアンテナ素子EAが円周上に配置された円形アレーアンテナであり、複数組の円形アレーアンテナを有する。送信アンテナANTaは、複数組の円形アレーアンテナのうち、制御部14に選択された一組の円形アレーアンテナを用いて、IF部11を介して受信した送信信号系列に基づいて、変調部13により変調されたOAMの電磁波を放射する。また、送信アンテナANTaは、制御部14の制御指示に基づいて、複数組の円形アレーアンテナの各々に、参照信号生成部15により生成された参照信号の電磁波を放射する。送信アンテナANTaについては、図6で説明する。
The transmission antenna ANTa is a circular array antenna in which a plurality of antenna elements EA are arranged on the circumference, and has a plurality of sets of circular array antennas. The transmission antenna ANTa is used by the
受信局20Aは、受信アンテナANRa、復調部21および測定部22を有する。
The receiving
受信アンテナANRaは、送信アンテナANTaと同様に、複数のアンテナ素子EAが円周上に配置された円形アレーアンテナであり、少なくとも一組の円形アレーアンテナを有する。受信アンテナANRaは、送信局10Aにより放射されたOAMを有する電磁波を、ビーム制御素子30を介して受信し、受信したOAMの電磁波の受信信号を復調部21に出力する。また、受信アンテナANRaは、送信局10Aにより放射された電磁波が参照信号の場合、受信した電磁波の受信信号を測定部22に出力する。受信アンテナANRaについては、図6で説明する。
Similar to the transmission antenna ANTa, the reception antenna ANRa is a circular array antenna in which a plurality of antenna elements EA are arranged on the circumference, and has at least one set of circular array antennas. The receiving antenna ANRa receives the electromagnetic wave having the OAM radiated from the transmitting
なお、受信局20Aは、可変位相器等を用いて、結像作用によって受信信号に生じる位相歪を補償してから、受信信号を復調部21および測定部22に出力することが好ましい。
Note that it is preferable that the receiving
測定部22は、送信局10Aの送信アンテナANTaの各円形アレーアンテナにより放射され、受信アンテナANRaにより受信された参照信号の電磁波の受信信号のSNRやBER等を測定する。測定部22は、受信局20Aに含まれる出力インタフェース等を介して、有線または無線で測定結果を送信局10Aにフィードバックする。なお、SNRやBER等は、受信状態の一例である。
The
図6は、図5に示した送信アンテナANTaの一例を示す。図6では、送信アンテナANTaが有するN組の円形アレーアンテナSAa(SAa(1)−SAa(N))のうち、例えば、半径R11または半径R12を有する6組の円形アレーアンテナSAaを示す。送信アンテナANTaの円形アレーアンテナSAaの各々は、レンズ31の光軸(X軸)に対して垂直なYZ平面上に、各円形アレーアンテナSAaの中心が重ならないように配置される。例えば、円形アレーアンテナSAa(2)は、円形アレーアンテナSAa(1)の中心から距離h、およびY軸を基準にした角度φの位置に配置される。そして、各円形アレーアンテナSAaの円周上には、図2に示した円形アレーアンテナSAと同様に、8個のアンテナ素子EAが角度2π/8の間隔で配置される。
FIG. 6 shows an example of the transmission antenna ANTa shown in FIG. FIG. 6 shows, for example, six sets of circular array antennas SAa having a radius R11 or a radius R12 among the N sets of circular array antennas SAa (SAa (1) -SAa (N)) included in the transmission antenna ANTa. Each of the circular array antennas SAa of the transmission antennas ANTa is arranged on the YZ plane perpendicular to the optical axis (X axis) of the
なお、各円形アレーアンテナSAaの半径は、全て同じでもよく、全て異なってもよい。また、送信アンテナANTaにおける円形アレーアンテナの組数N、や各円形アレーアンテナのアンテナ素子EAの数は、無線通信システムSYS1の規模や、要求される通信の品質に応じて適宜決定されるのが好ましい。 The radii of the circular array antennas SAa may all be the same or all different. Further, the number N of circular array antenna sets in the transmission antenna ANTa and the number of antenna elements EA of each circular array antenna are appropriately determined according to the scale of the wireless communication system SYS1 and the required communication quality. preferable.
一方、受信アンテナANRaは、図6に示した送信アンテナANTaと同様に、複数組の円形アレーアンテナを有し、各円形アレーアンテナは、各円形アレーアンテナの中心が互いに重ならないように、距離xの位置のYZ平面上に配置される。そして、受信アンテナANRaの円形アレーアンテナの各々には、送信アンテナANTaの場合と同様に、8個のアンテナ素子EAが角度2π/8の間隔で円周上に配置される。なお、受信アンテナANRaの円形アレーアンテナの組数は、送信アンテナANTaの円形アレーアンテナの組数と同じでもよく、異なってもよい。また、受信アンテナANRaの各円形アレーアンテナに含まれるアンテナ素子EAの数は、送信アンテナANTaの各円形アレーアンテナに含まれるアンテナ素子EAの数と同じでもよく、異なってもよい。さらに、受信アンテナANRaの各円形アレーアンテナの半径は、全て同じでもよく、全て異なってもよい。 On the other hand, the reception antenna ANRa has a plurality of sets of circular array antennas, similar to the transmission antenna ANTa shown in FIG. 6, and each circular array antenna has a distance x so that the centers of the circular array antennas do not overlap each other. It is arranged on the YZ plane at the position. In each of the circular array antennas of the reception antenna ANRa, eight antenna elements EA are arranged on the circumference at intervals of 2π / 8 as in the case of the transmission antenna ANTa. Note that the number of sets of circular array antennas of the reception antenna ANRa may be the same as or different from the number of sets of circular array antennas of the transmission antenna ANTa. Further, the number of antenna elements EA included in each circular array antenna of the reception antenna ANRa may be the same as or different from the number of antenna elements EA included in each circular array antenna of the transmission antenna ANTa. Further, the radii of the circular array antennas of the receiving antenna ANRa may all be the same or all different.
図7は、図5に示した送信アンテナANTa、受信アンテナANRaおよびビーム制御素子30の配置の一例を示す。なお、図3で説明した要素と同一または同様の要素については、同一または同様の符号を付し、これらについては、詳細な説明を省略する。
FIG. 7 shows an example of the arrangement of the transmission antenna ANTa, the reception antenna ANRa, and the
図7では、送信アンテナANTaとして、半径R11の2組の円形アレーアンテナSAa(1)、SAa(2)を示し、受信アンテナANRaとして、半径R21の一組の円形アレーアンテナを示す。 In FIG. 7, two sets of circular array antennas SAa (1) and SAa (2) having a radius R11 are shown as the transmitting antenna ANTa, and one set of circular array antennas having a radius R21 are shown as the receiving antenna ANRa.
また、図7では、送信アンテナANTaの円形アレーアンテナSAa(1)は、XYZ座標の原点と円形アレーアンテナSAa(1)の中心とが一致するようにYZ平面に配置される。また、円形アレーアンテナSAa(2)は、図6に示したように、距離hおよび角度φの位置に、円形アレーアンテナSAa(2)の中心が来るようにYZ平面に配置される。一方、受信アンテナANRaは、図3に示した受信アンテナANRと同様に、受信アンテナANRaの円形アレーアンテナの中心をX軸が通るように、送信アンテナANTaの円形アレーアンテナSAa(1)と対向してYZ平面に配置される。すなわち、送信アンテナANTaの円形アレーアンテナSA(1)の中心と、受信アンテナANRaの中心と、レンズ31の光軸がX軸上に配置される。また、送信アンテナANTa、受信アンテナANRaおよびレンズ31は、式(3)と式(4)との条件を満たすように配置される。
In FIG. 7, the circular array antenna SAa (1) of the transmission antenna ANTa is arranged on the YZ plane so that the origin of the XYZ coordinates coincides with the center of the circular array antenna SAa (1). Further, as shown in FIG. 6, the circular array antenna SAa (2) is arranged on the YZ plane so that the center of the circular array antenna SAa (2) comes to the position of the distance h and the angle φ. On the other hand, the receiving antenna ANRa faces the circular array antenna SAa (1) of the transmitting antenna ANTa so that the X axis passes through the center of the circular array antenna of the receiving antenna ANRa, similarly to the receiving antenna ANR shown in FIG. Arranged on the YZ plane. That is, the center of the circular array antenna SA (1) of the transmission antenna ANTa, the center of the reception antenna ANRa, and the optical axis of the
この場合、図7に示した送信アンテナANTaの円形アレーアンテナSAa(1)により放射されたOAMの電磁波は、図3に示した送信アンテナANTと同様に、受信アンテナANRaが配置された位置に、半径R21の大きさでレンズ31により結像される。一方、図7に示した円形アレーアンテナSAa(2)は、レンズ31の光軸(X軸)に対して距離hおよび角度φのオフセットの位置に配置されているため、円形アレーアンテナSAa(2)により放射されたOAMの電磁波は、アンテナANTaの位置とは異なる位置に像40を結像する。このため、円形アレーアンテナSAa(2)により放射されたOAMの電磁波は、受信アンテナANRaにより所定の受信電力で受信されることが困難となる。
In this case, the OAM electromagnetic wave radiated by the circular array antenna SAa (1) of the transmission antenna ANTa shown in FIG. 7 is located at the position where the reception antenna ANRa is arranged, similarly to the transmission antenna ANT shown in FIG. An image is formed by the
なお、アンテナANTaの位置に対する像40のオフセットが距離h’および角度φ’とする場合、像40と送信アンテナANTaの円形アレーアンテナSAa(2)とは、距離h’=(x−a)×h/aおよび角度φ’=π+φと関係付けられる。
When the offset of the
例えば、地震等の災害または人為的な行為等により受信局20Aの位置がずらされ、受信アンテナANRaの位置が像40の位置となった場合、受信アンテナANRaは、送信アンテナANTaの円形アレーアンテナSAa(1)により放射されるOAMの電磁波を、所定の受信電力で受信することが困難となる。一方、受信アンテナANRaは、送信アンテナANTaの円形アレーアンテナSAa(2)により放射されるOAMの電磁波を、所定の受信電力で受信することができる。すなわち、図6に示すように、送信アンテナANTaは、N組の円形アレーアンテナSAaの各々をYZ平面上に分散して配置することにより、受信局20Aの受信アンテナANRaは、送信アンテナANTaのいずれか一組の円形アレーアンテナSAaにより放射されたOAMの電磁波を受信することができる。
For example, when the position of the receiving
そこで、制御部14は、送信アンテナANTaのN組の円形アレーアンテナSAaのうち、OAMの電磁波を放射させる一組の円形アレーアンテナSAaを選択するために、参照信号生成部15に参照信号を生成させる。そして、制御部14は、参照信号生成部15が生成した参照信号に基づいて変調したOAMの電磁波を、送信アンテナANTaのN組の円形アレーアンテナSAaの各々に順次に送信させる。制御部14は、送信アンテナANTaの各円形アレーアンテナSAaにより放射された電磁波のSNRやBER等の測定部22による測定結果を、受信局20Aより受信する。例えば、制御部14は、受信した測定結果を参照して、最も高いSNR(または最も低いBER)が測定された円形アレーアンテナSAaを選択する。
Therefore, the
図8は、図5に示した無線通信システムSYS1における通信処理の一例を示す。例えば、ステップS100からステップS170の処理は、送信局10Aにより実行される。また、ステップS200からステップS240の処理は、受信局20Aにより実行される。すなわち、図8は、無線通信システムの通信方法の実施形態を示す。
FIG. 8 shows an example of communication processing in the wireless communication system SYS1 shown in FIG. For example, the processing from step S100 to step S170 is executed by the transmitting
また、図8に示した処理は、送信局10Aが送信信号系列を受信した場合に開始される。
8 is started when the transmitting
ステップS100では、制御部14は、参照信号生成部15に参照信号を生成させる。
In step S100, the
ステップS110では、制御部14は、ステップS100で生成された参照信号に基づいて変調されたOAMの電磁波を、送信アンテナANTaの円形アレーアンテナSAa(1)−SAa(N)の各々に順に送信させるため、変数iを1に初期化する。
In step S110, the
ステップS120では、制御部14は、ステップS100で生成された参照信号に基づいて変調されたOAMの電磁波を、円形アレーアンテナSAa(i)に放射させる。
In step S120, the
ステップS130では、制御部14は、ステップS120で放射された電磁波に対するSNRやBER等の測定結果を、受信局20Aから受信する。そして、制御部14は、受信した測定結果を、円形アレーアンテナSAa(i)と対応付けて送信局10Aの記憶装置に記憶する。
In step S130, the
ステップS140では、制御部14は、変数iを1つ増加させる。
In step S140, the
ステップS150では、制御部14は、変数iが円形アレーアンテナSAaの組数Nより小さいか否かを判定する。変数iが組数Nより小さい場合、送信局10Aの処理は、ステップS120に移る。一方、変数iが組数N以上の場合、送信局10Aの処理は、ステップS160に移る。
In step S150, the
ステップS160では、制御部14は、ステップS130で受信した各円形アレーアンテナSAaの測定結果に基づいて、送信信号系列のOAMの電磁波を放射させる円形アレーアンテナSAaを選択する。例えば、制御部14は、最も高いSNRが測定された円形アレーアンテナSAaを選択する。あるいは、制御部14は、最も低いBERが測定された円形アレーアンテナSAaを選択する。
In step S160, the
ステップS170では、制御部14は、ステップS160で選択した送信アンテナANTaの円形アレーアンテナSAaに、送信信号系列に基づいて変調部13により変調されたOAMを有する電磁波を放射させる。そして、送信局10Aは、通信処理を終了する。
In step S170, the
送信局10Aは、送信信号系列を受信する度に、ステップS100からステップS170の処理を実行する。なお、例えば、測定部22が送信信号系列の受信信号のSNR等を測定する場合、送信局10Aは、測定されたSNR等を参照して、所定の通信品質が維持されていると判定する場合、ステップS100からステップS150の処理を省略してもよい。
Each time the transmitting
一方、ステップS200では、受信アンテナANRaは、ステップS120で放射された、参照信号に基づいて変調されたOAMの電磁波を受信する。そして、受信アンテナANRaは、受信した電磁波の受信信号を測定部22に出力する。
On the other hand, in step S200, the receiving antenna ANRa receives the OAM electromagnetic wave radiated in step S120 and modulated based on the reference signal. Then, the receiving antenna ANRa outputs a received signal of the received electromagnetic wave to the measuring
ステップS210では、測定部22は、ステップS200で受信した電磁波の受信信号のSNRやBER等を測定する。
In step S210, the
ステップS220では、測定部22は、ステップS210で測定した測定結果を、送信局10Aに送信する。
In step S220, the
ステップS230では、受信アンテナANRaは、ステップS170で放射された、送信信号系列に基づいて変調されたOAMの電磁波を受信する。そして、受信アンテナANRaは、受信した電磁波の受信信号を復調部21に出力する。
In step S230, the receiving antenna ANRa receives the OAM electromagnetic wave modulated based on the transmission signal sequence radiated in step S170. Then, the receiving antenna ANRa outputs a received signal of the received electromagnetic wave to the
ステップS240では、復調部21は、ステップS230で受信した電磁波の受信信号に復調処理を実行する。そして、復調部21は、受信局20に含まれる出力インタフェース等を介して、復調処理された送信信号系列のプリアンブルが示す送信先である外部の携帯通信端末やネットワーク等に送信信号系列を出力する。そして、受信局20Aは、通信処理を終了する。
In step S240, the
なお、受信局20Aは、送信局10Aが送信信号系列を受信する度に、ステップS200からステップS240の処理を実行する。
The receiving
以上、図5から図8に示した実施形態では、受信アンテナANRaが配置された位置において、送信アンテナANTaの像の大きさが受信アンテナANRaの大きさとなるように、ビーム制御素子30を配置する。すなわち、送信アンテナANTaより放射されるOAMの電磁波のビーム幅は、ビーム制御素子30が有するレンズ31の結像作用により、受信アンテナANRaの大きさにすることができる。これにより、無線通信システムSYS1は、受信アンテナANRaの開口径を大きくすることなく、従来と比べてOAMの電磁波を確度高く受信でき、通信システムSYS1の規模を抑制できる。
As described above, in the embodiment shown in FIGS. 5 to 8, the
また、送信アンテナANTaのN組の円形アレーアンテナSAaの各々が、レンズ31の光軸に対して垂直な2次元平面上に、各円形アレーアンテナSAaの中心が重ならないように配置される。そして、制御部14は、送信信号系列を送信するにあたり、参照信号生成部15により参照信号を用いて、受信局20Aで受信される電磁波のSNRが最も高い(またはBERが最も低い)円形アレーアンテナSAaを選択する。これにより、受信局20Aの位置が災害等によりずれた場合でも、無線通信システムSYS1は、送信信号系列を伝送することができる。
Further, each of the N sets of circular array antennas SAa of the transmission antennas ANTa are arranged on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis of the
以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲がその精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずである。したがって、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物に拠ることも可能である。 From the above detailed description, features and advantages of the embodiments will become apparent. This is intended to cover the features and advantages of the embodiments described above without departing from the spirit and scope of the claims. Also, any improvement and modification should be readily conceivable by those having ordinary knowledge in the art. Therefore, there is no intention to limit the scope of the inventive embodiments to those described above, and appropriate modifications and equivalents included in the scope disclosed in the embodiments can be used.
10,10A…送信局;11…IF部;12…S/P部;13…変調部;14…制御部;15…参照信号生成部;20,20A…受信局;21…復調部;22…測定部;30…ビーム制御素子;31…レンズ;40…像;ANT,ANTa…送信アンテナ;ANR,ANRa…受信アンテナ;EA…アンテナ素子;SA(1)−SA(N),SAa(1)−SAa(N)…円形アレーアンテナ;SYS,SYS1…無線通信システム
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記送信局は、
送信するデータを含む信号に基づいて電磁波を変調する変調部と、
前記変調部で変調された電磁波を放射する複数のアンテナ素子を有する円形アレーアンテナを少なくとも一組含む送信アンテナ部とを備え、
前記ビーム制御素子は、
前記送信局の前記送信アンテナ部から放射された電磁波を入力とし、入力された電磁波の放射方向を変更して出力するレンズ部を備え、
前記受信局は、
前記レンズ部から出力された電磁波を受信する複数のアンテナ素子を有する円形アレーアンテナを少なくとも一組含む受信アンテナ部と、
前記受信アンテナ部が受信した電磁波の受信信号を復調する復調部とを備える
ことを特徴とする無線通信システム。 A wireless communication system comprising a transmitting station, a receiving station, and a beam control element,
The transmitting station is
A modulation unit that modulates electromagnetic waves based on a signal including data to be transmitted;
A transmission antenna unit including at least one circular array antenna having a plurality of antenna elements that radiate electromagnetic waves modulated by the modulation unit;
The beam control element is
With the input of the electromagnetic wave radiated from the transmission antenna unit of the transmission station, comprising a lens unit that changes the radiation direction of the input electromagnetic wave and outputs,
The receiving station is
A receiving antenna unit including at least one set of circular array antennas having a plurality of antenna elements for receiving electromagnetic waves output from the lens unit;
A wireless communication system, comprising: a demodulation unit that demodulates a reception signal of an electromagnetic wave received by the reception antenna unit.
前記レンズ部は、前記送信アンテナ部の前記円形アレーアンテナから放射される電磁波の像が、前記受信アンテナ部が配置される位置において、前記受信アンテナ部の前記円形アレーアンテナの大きさで結像するように、前記送信アンテナ部と前記受信アンテナ部との間に配置される
ことを特徴とする無線通信システム。 The wireless communication system according to claim 1, wherein
The lens unit forms an image of an electromagnetic wave radiated from the circular array antenna of the transmitting antenna unit with a size of the circular array antenna of the receiving antenna unit at a position where the receiving antenna unit is disposed. As described above, the wireless communication system is arranged between the transmitting antenna unit and the receiving antenna unit.
前記送信アンテナ部は、前記レンズ部の光軸方向に対して垂直な二次元平面上に配置される複数組の前記円形アレーアンテナを有し、
前記受信アンテナ部は、前記レンズ部の光軸方向に対して垂直な二次元平面上に配置される複数組の前記円形アレーアンテナを有し、
前記送信局は、
前記送信アンテナ部の前記各円形アレーアンテナに電磁波を放射させる参照信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部により生成された前記参照信号の電磁波を前記送信アンテナ部の前記各円形アレーアンテナに放射させる制御部とを備え、
前記受信局は、
前記受信アンテナ部により受信された前記参照信号の電磁波の受信状態を前記送信アンテナ部の前記円形アレーアンテナ毎に測定し、測定の結果を前記送信局に出力する測定部を備え、
前記制御部は、前記測定の結果に基づいて、前記データを含む信号の電磁波を放射させる円形アレーアンテナを、前記送信アンテナ部の前記複数組の円形アレーアンテナから選択する
ことを特徴とする無線通信装置 The wireless communication system according to claim 1 or 2,
The transmission antenna unit includes a plurality of sets of the circular array antennas arranged on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis direction of the lens unit,
The receiving antenna unit includes a plurality of sets of the circular array antennas arranged on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis direction of the lens unit,
The transmitting station is
A signal generation unit that generates a reference signal for radiating electromagnetic waves to each of the circular array antennas of the transmission antenna unit;
A control unit that radiates electromagnetic waves of the reference signal generated by the signal generation unit to each of the circular array antennas of the transmission antenna unit,
The receiving station is
Measuring the reception state of the electromagnetic wave of the reference signal received by the reception antenna unit for each of the circular array antennas of the transmission antenna unit, comprising a measurement unit for outputting the measurement result to the transmission station;
The control unit selects a circular array antenna that radiates an electromagnetic wave of a signal including the data from the plurality of sets of circular array antennas of the transmission antenna unit based on the measurement result. apparatus
前記送信アンテナ部は、前記レンズ部の光軸方向に対して垂直な二次元平面上に、同心円状に配置される複数組の前記円形アレーアンテナを有し、
前記受信アンテナ部は、前記レンズ部の光軸方向に対して垂直な二次元平面上に、同心円状に配置される複数組の前記円形アレーアンテナを有し、
前記レンズ部は、前記送信アンテナ部の前記複数組の円形アレーアンテナの各々から放射される電磁波の像が、前記受信アンテナ部が配置される位置において、前記受信アンテナ部の前記複数組の円形アレーアンテナのいずれかの大きさで結像するように、前記送信アンテナ部と前記受信アンテナ部との間に配置される
ことを特徴とする無線通信システム。 The wireless communication system according to claim 1, wherein
The transmission antenna unit includes a plurality of sets of the circular array antennas arranged concentrically on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis direction of the lens unit,
The receiving antenna unit includes a plurality of sets of the circular array antennas arranged concentrically on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis direction of the lens unit,
The lens unit includes the plurality of sets of circular arrays of the reception antenna unit at a position where the image of the electromagnetic wave radiated from each of the plurality of sets of circular array antennas of the transmission antenna unit is disposed. A radio communication system, wherein the radio communication system is arranged between the transmitting antenna unit and the receiving antenna unit so as to form an image with any size of the antenna.
前記送信局は、前記データを含む信号に付加された情報に基づいて、前記変調部において変調する軌道角運動量(OAM:Orbital Angular Momentum)モードを選択するOAMモード選択部を備え、
前記変調部は、前記OAMモード選択部で選択されたOAMを有する電磁波を、前記データを含む信号に基づいて変調し、
前記送信アンテナ部は、前記変調部により変調されたOAMを有する電磁波を放射する
ことを特徴とする無線通信システム。 The wireless communication system according to any one of claims 1 to 4,
The transmitting station includes an OAM mode selection unit that selects an Orbital Angular Momentum (OAM) mode to be modulated in the modulation unit based on information added to a signal including the data,
The modulation unit modulates an electromagnetic wave having the OAM selected by the OAM mode selection unit based on a signal including the data,
The radio communication system, wherein the transmitting antenna unit radiates an electromagnetic wave having an OAM modulated by the modulating unit.
前記送信局が、送信するデータを含む信号に基づいて電磁波を変調する変調ステップと、
前記送信局が、複数のアンテナ素子を有する円形アレーアンテナを少なくとも一組含む送信アンテナ部を用いて、変調された前記電磁波を放射する第1送信ステップと、
前記ビーム制御素子が、前記ビーム制御素子に含まれるレンズ部を用いて、前記送信アンテナ部から放射された電磁波を入力とし、入力された電磁波の放射方向を変更して出力する結像ステップと、
前記受信局が、複数のアンテナ素子を有する円形アレーアンテナを少なくとも一組含む受信アンテナ部を用いて、前記レンズ部から出力された電磁波を受信する第1受信ステップと、
前記受信局が、前記受信アンテナ部が受信した電磁波の受信信号を復調する復調ステップと
を備えることを特徴とする無線通信システムの通信方法。 A communication method of a wireless communication system comprising a transmitting station, a receiving station, and a beam control element,
A modulation step in which the transmitting station modulates an electromagnetic wave based on a signal including data to be transmitted;
A first transmitting step in which the transmitting station radiates the modulated electromagnetic wave using a transmitting antenna unit including at least one set of circular array antennas having a plurality of antenna elements;
An imaging step in which the beam control element uses the lens unit included in the beam control element to input the electromagnetic wave radiated from the transmission antenna unit, changes the radiation direction of the input electromagnetic wave, and outputs it,
A first receiving step in which the receiving station receives an electromagnetic wave output from the lens unit using a receiving antenna unit including at least one set of circular array antennas having a plurality of antenna elements;
And a demodulation step of demodulating a reception signal of an electromagnetic wave received by the reception antenna unit.
前記レンズ部は、前記送信アンテナ部の前記円形アレーアンテナから放射される電磁波の像が、前記受信アンテナ部が配置される位置において、前記受信アンテナ部の前記円形アレーアンテナの大きさで結像するように、前記送信アンテナ部と前記受信アンテナ部との間に配置される
ことを特徴とする無線通信システムの通信方法。 In the communication method of the radio | wireless communications system of Claim 6,
The lens unit forms an image of an electromagnetic wave radiated from the circular array antenna of the transmitting antenna unit with a size of the circular array antenna of the receiving antenna unit at a position where the receiving antenna unit is disposed. As described above, the communication method of the wireless communication system, wherein the communication method is arranged between the transmission antenna unit and the reception antenna unit.
前記送信局が、前記レンズ部の光軸方向に対して垂直な二次元平面上に配置された複数組の前記円形アレーアンテナを有する前記送信アンテナ部の前記各円形アレーアンテナに、参照信号の電磁波を放射させる第2送信ステップと、
前記受信局が、前記レンズ部の光軸方向に対して垂直な二次元平面上に配置された複数組の前記円形アレーアンテナを有する前記受信アンテナ部を用いて、前記送信アンテナ部の前記各円形アレーアンテナにより放射された前記参照信号の電磁波を受信する第2受信ステップと、
前記受信局が、前記受信アンテナ部により受信された前記参照信号の電磁波の受信状態を前記送信アンテナ部の前記円形アレーアンテナ毎に測定し、測定の結果を前記送信局に出力する測定ステップと、
前記送信局が、前記受信局から受信した前記測定の結果に基づいて、前記データを含む信号の電磁波を放射させる円形アレーアンテナを、前記送信アンテナ部の前記複数組の円形アレーアンテナから選択する選択ステップとを備える
ことを特徴とする無線通信システムの通信方法。 In the communication method of the radio | wireless communications system of Claim 6 or Claim 7,
The transmitting station has a plurality of sets of the circular array antennas arranged on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis direction of the lens unit. A second transmission step of radiating
The receiving station includes the receiving antenna unit having a plurality of sets of the circular array antennas arranged on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis direction of the lens unit. A second receiving step of receiving an electromagnetic wave of the reference signal radiated by the array antenna;
The receiving station measures the reception state of the electromagnetic wave of the reference signal received by the receiving antenna unit for each of the circular array antennas of the transmitting antenna unit, and a measurement step of outputting the measurement result to the transmitting station;
A selection in which the transmitting station selects, from the plurality of sets of circular array antennas of the transmitting antenna unit, a circular array antenna that radiates an electromagnetic wave of a signal including the data based on the measurement result received from the receiving station. A communication method for a wireless communication system.
前記送信アンテナ部は、前記レンズ部の光軸方向に対して垂直な二次元平面上に、同心円状に配置される複数組の前記円形アレーアンテナを有し、
前記受信アンテナ部は、前記レンズ部の光軸方向に対して垂直な二次元平面上に、同心円状に配置される複数組の前記円形アレーアンテナを有し、
前記レンズ部は、前記送信アンテナ部の前記複数組の円形アレーアンテナの各々から放射される電磁波の像が、前記受信アンテナ部が配置される位置において、前記受信アンテナ部の前記複数組の円形アレーアンテナのいずれかの大きさで結像するように、前記送信アンテナ部と前記受信アンテナ部との間に配置される
ことを特徴とする無線通信システムの通信方法。 In the communication method of the radio | wireless communications system of Claim 6,
The transmission antenna unit includes a plurality of sets of the circular array antennas arranged concentrically on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis direction of the lens unit,
The receiving antenna unit includes a plurality of sets of the circular array antennas arranged concentrically on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis direction of the lens unit,
The lens unit includes the plurality of sets of circular arrays of the reception antenna unit at a position where the image of the electromagnetic wave radiated from each of the plurality of sets of circular array antennas of the transmission antenna unit is disposed. A communication method of a radio communication system, wherein the radio communication system is arranged between the transmission antenna unit and the reception antenna unit so as to form an image with any size of the antenna.
前記送信局は、前記データを含む信号に付加された情報に基づいて、変調する軌道角運動量モードを選択するOAMモード選択ステップを備え、
前記変調ステップは、前記OAMモード選択ステップで選択されたOAMを有する電磁波を、前記データを含む信号に基づいて変調し、
前記第1送信ステップは、前記変調ステップで変調されたOAMを有する電磁波を放射する
ことを特徴とする無線通信システムの通信方法。 In the communication method of the radio | wireless communications system of any one of Claim 6 thru | or 9,
The transmitting station includes an OAM mode selection step of selecting an orbital angular momentum mode to be modulated based on information added to a signal including the data,
The modulation step modulates an electromagnetic wave having the OAM selected in the OAM mode selection step based on a signal including the data,
The communication method of the wireless communication system, wherein the first transmission step radiates an electromagnetic wave having the OAM modulated in the modulation step.
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