JP6513590B2 - Wireless communication system and communication method of wireless communication system - Google Patents

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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 wireless communication system and a communication method of the wireless 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 have been proposed to increase transmission capacity by multiplexing electromagnetic waves using orbital angular momentum (OAM: Orbital Angular Momentum) (for example, Non-Patent Documents 1 and 2). That is, when the phase distributions of the electromagnetic waves having different OAM modes are orthogonal to each other, the electromagnetic waves of each OAM mode can be separated by the processing of the receiving station. Thus, electromagnetic waves can be multiplexed and transmitted using the OAM.

O. Edfors and A. J. Johansson, “Is orbital angular momentum (OAM) based radio communication an unexploited area?”, IEEE transactions on antenna and propagation, Vol. 60, No. 2, pp.1126-1131, 2012O. Edfors and A. J. Johansson, “Is orbital angular moment (OAM) based radio communication an unexploited area?”, IEEE transactions on antenna and propagation, Vol. 60, No. 2, pp. 1126-1131, 2012 M. Tamagnone, J. S. Santiago, S. Capdevila, J. R. Mosig, J. Perruisseau-Carrier, “The orbital angular momentum (OAM) multiplexing controversy: OAM as a subset of MIMO”, IEEE 9th Conference on Antennas and Propagation, pp. 1-5, 2015M. Tamagnone, JS Santiago, S. Capdevila, JR Mosig, J. Perruisseau-Carrier, "The orbital angular momentum (OAM) multiplexing controversy: OAM as a subset of MIMO", IEEE 9th Conference on Antennas and Propagation, pp. 1 -5, 2015

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。   The electromagnetic wave of OAM propagates in space while maintaining the spiral phase distribution. In addition, the energy of the OAM electromagnetic wave is spatially diffused.

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 wireless communication system and a communication method of the wireless communication system which can receive an electromagnetic wave of OAM with high accuracy as compared with the prior art 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送信アンテナ素子を有する送信円形アレーアンテナを複数組含む送信アンテナ部とを備え、ビーム制御素子は、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受信アンテナ素子を有する受信円形アレーアンテナを複数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、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送信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受信円形アレーアンテナを有し、送信局は、送信円形アレーアンテナの各々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、参照信号の電磁波を送信円形アレーアンテナの各々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送信円形アレーアンテナを、複数組の送信円形アレーアンテナから選択する。 A first invention is a wireless communication system including 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, and a modulator the transmission circular array antenna having a plurality of transmit antenna elements for radiating modulated electromagnetic waves and a transmitting antenna unit including a plurality of sets in the beam control element inputs the electromagnetic wave radiated from the transmit antenna section, is input comprising electromagnetic wave lens unit for outputting the changed radial, the receiving station includes a receiving antenna unit including a plurality of sets of receive circular array antenna having a plurality of receive antenna elements for receiving an output electromagnetic wave from the lens unit, and a demodulator for receiving the antenna unit demodulates the received signal of the electromagnetic wave received, the transmitting antenna unit is disposed on a vertical two-dimensional plane with respect to the optical axis of the lens portion , And the receiving antenna unit has a plurality of receiving circular array antennas disposed on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis direction of the lens unit, and the transmitting station A signal generation unit that generates a reference signal that causes each of the transmission circular array antennas to emit an electromagnetic wave; and a control unit that causes each of the transmission circular array antennas to emit an electromagnetic wave of the reference signal. The measurement unit includes a measurement unit that measures the reception state of an electromagnetic wave of the received reference signal for each transmission circular array antenna and outputs the measurement result to the transmission station, and the control unit determines the signal including data based on the measurement result. the transmission circular array antenna for radiating electromagnetic waves, select from a plurality of sets of transmitting circular array antenna.

第1の発明において、レンズ部は、送信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 may send electromagnetic image of the radiated from Shinen shaped array antenna, at a position where the receiving antenna unit is arranged so as to form an image with the size of the receiving Shinen shaped array antenna , Disposed between the transmitting antenna unit and the receiving 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、同心円状に配置される複数組の送信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受信円形アレーアンテナを有し、レンズ部は、複数組の送信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、複数組の受信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 transmitting antenna unit has a plurality of sets of transmitting 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 is on the vertical two-dimensional plane with respect to the optical axis of the lens portion has a plurality of sets of received circular antenna arrays arranged concentrically, the lens unit, the radiation from each of multiple sets of transmitting circular array antenna electromagnetic image of being found at a position where the receiving antenna unit is arranged so as to form an image in one of the magnitude of the multiple sets of received circular array antenna, disposed between the receiving antenna unit and the transmitting antenna unit Be done.

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モードを有する電磁波を、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モードを有する電磁波を放射する。 In the first invention, the transmitting station includes an OAM mode selector which selects an Orbital Angular Momentum (OAM) mode to be modulated in the modulator based on information added to a signal including data, The unit modulates an electromagnetic wave having the OAM mode selected by the OAM mode selection unit based on a signal including data, and the transmission antenna unit emits an electromagnetic wave having the OAM mode 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、複数の送信アンテナ素子を有する送信円形アレーアンテナを複数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、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、複数の受信アンテナ素子を有する受信円形アレーアンテナを複数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、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送信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受信円形アレーアンテナを有し、送信局が、送信円形アレーアンテナの各々に、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、受信アンテナ部を用いて、送信円形アレーアンテナの各々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送信円形アレーアンテナを、複数組の送信円形アレーアンテナから選択する選択ステップとをさらに備える。 A second invention is a communication method of a wireless communication system including 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. A self- element includes a first transmission step in which a transmitting station radiates a modulated electromagnetic wave using a transmission antenna unit including a plurality of transmission circular array antennas having a plurality of transmission antenna elements, and a beam control element An imaging step in which an electromagnetic wave radiated from a transmitting antenna unit is input using a lens unit, and the radiation direction of the input electromagnetic wave is changed and output, and a receiving circular array in which a receiving station has a plurality of receiving antenna elements using the reception antenna unit including a plurality of sets of antennas, a first reception step of receiving the output electromagnetic wave from the lens unit, the receiving station, the electromagnetic reception antenna unit receives And a demodulation step of demodulating the received signal, the transmitting antenna unit includes a plurality of sets of transmitting circular antenna arrays disposed on a vertical two-dimensional plane with respect to the optical axis of the lens unit, the receiving antenna unit Has a plurality of sets of receiving circular array antennas arranged on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis direction of the lens unit, and the transmitting station radiates an electromagnetic wave of a reference signal to each of the transmitting circular array antennas A second transmitting step of causing the receiving station to receive an electromagnetic wave of a reference signal radiated by each of the transmitting circular array antennas using the receiving antenna unit; and a receiving station receiving the electromagnetic wave by the receiving antenna unit Measuring the reception state of the electromagnetic waves of the reference signal for each transmitting circular array antenna and outputting the measurement result to the transmitting station, and the measurement result received by the transmitting station from the receiving station Based on the transmission circular array antenna for radiating electromagnetic waves of a signal including data, Ru further a selection step of selecting from a plurality of sets of transmitting circular array antenna.

第2の発明において、レンズ部は、信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, the lens unit may send electromagnetic image of the radiated from Shinen shaped array antenna, at a position where the receiving antenna unit is arranged so as to form an image with the size of the receiving Shinen shaped array antenna , Disposed between the transmitting antenna unit and the receiving antenna unit.

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送信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受信円形アレーアンテナを有し、レンズ部は、複数組の送信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、複数組の受信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 transmitting 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 is on the vertical two-dimensional plane with respect to the optical axis of the lens portion has a plurality of sets of received circular antenna arrays arranged concentrically, the lens unit, the radiation from each of multiple sets of transmitting circular array antenna electromagnetic image of being found at a position where the receiving antenna unit is arranged so as to form an image in one of the magnitude of the multiple sets of received circular array antenna, disposed between the receiving antenna unit and the transmitting antenna unit Be done.

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(OAM:Orbital Angular Momentum)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モードを有する電磁波を、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、変調ステップで変調されたOAMモードを有する電磁波を放射する
In the second invention, the transmitting station, based on information added to the signal containing the data, orbital angular momentum for modulating (OAM: Orbital Angular Momentum) comprises an OAM mode selection step of selecting a mode, the modulation step , an electromagnetic wave having a OAM mode selected by the OAM mode selecting step, and modulated based on the signal including the data in the first transmission step, emits electromagnetic waves having OAM mode that has been modulated by the modulation 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 can receive OAM electromagnetic waves with higher accuracy than in the prior art by using the imaging action of the lens without increasing the aperture diameter of the antenna.

無線通信システムの一実施形態を示す図である。FIG. 1 illustrates an embodiment of a wireless communication system. 図1に示した送信アンテナの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the transmitting antenna shown in FIG. 図1に示した送信アンテナ、受信アンテナおよびビーム制御素子の配置の一例を示す。図である。FIG. 2 shows an example of the arrangement of a transmitting antenna, a receiving antenna and a beam control element shown in FIG. FIG. 図1に示した送信アンテナにより放射される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である。It is a figure which shows an example of distribution of the energy according to the radiation angle of the electromagnetic waves for every OAM mode radiated | emitted by the transmitting antenna shown in FIG. 無線通信システムの別の実施形態を示す図である。FIG. 7 illustrates another embodiment of a wireless communication system. 図5に示した送信アンテナの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the transmitting antenna shown in FIG. 図5に示した送信アンテナ、受信アンテナおよびビーム制御素子の配置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of arrangement | positioning of the transmitting antenna shown in FIG. 5, a receiving antenna, and a beam control element. 図5に示した無線通信システムにおける通信処理の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the communication processing in the radio | wireless communications system shown in FIG.

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 using the drawings.

図1は、無線通信システムの一実施形態を示す。   FIG. 1 illustrates one 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 transmitting station 10, a receiving station 20, and a beam control element 30. The transmitting station 10 and the receiving station 20 are connected to each other via radio.

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 transmission station 10 includes an IF (Interface) unit 11, an S / P (Serial-to-Parallel) unit 12, a modulation unit 13, and a transmission antenna ANT.

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 IF unit 11 is an input interface or the like, and receives a signal including data transmitted from a mobile communication terminal such as a smartphone or a tablet terminal, or a signal including data from a network. The IF unit 11 outputs the received signal (hereinafter, also referred to as “transmission signal sequence”) to the S / P unit 12.

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 / P unit 12 converts the transmission signal sequence from a serial signal to a parallel signal. The S / P unit 12 outputs the transmission signal sequence converted to the parallel signal to the modulation unit 13.

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 modulation unit 13 refers to the preamble added to the head of the transmission signal sequence received from the S / P unit 12 and acquires OAM information indicating the OAM mode for modulating the electromagnetic wave. Based on the acquired OAM information, the modulation unit 13 modulates each stream of the transmission signal sequence converted into the parallel signal into electromagnetic waves of OAM of different modes. Then, the modulation unit 13 multiplexes the electromagnetic waves of OAM in each mode and outputs the multiplexed electromagnetic waves to the transmission antenna ANT.

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 transmission station 10 may function as an OAM mode selection unit that selects an OAM mode with reference to, for example, the preamble added to the beginning of the transmission signal sequence. In this case, the processor or the like outputs OAM information indicating the selected OAM mode to the modulation unit 13.

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 transmitting antenna ANT is a circular array antenna in which a plurality of antenna elements EA are arranged circumferentially, and has at least one set of circular array antennas. The transmitting antenna ANT radiates the OAM electromagnetic wave received from the modulator 13 toward the receiving station 20. The transmitting antenna ANT will be described with reference to FIG.

受信局20は、受信アンテナANRおよび復調部21を有する。   The receiving station 20 has a receiving antenna ANR and a demodulator 21.

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。   The receiving antenna ANR, like the transmitting 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 receiving antenna ANR receives the electromagnetic wave having the OAM emitted by the transmitting station 10 through the beam control element 30, and outputs the received signal of the received electromagnetic wave of the OAM to the demodulator 21. The receiving antenna ANR will be described with reference to FIG.

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 demodulation unit 21 performs demodulation processing on the received signal of the OAM electromagnetic wave. Then, the receiving station 20 outputs the transmission signal sequence to an external mobile communication terminal, a network, or the like, which is a transmission destination indicated by the preamble of the transmission signal sequence subjected to demodulation processing, through an output interface or the like included in the receiving station 20. Do.

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 beam control element 30 has, for example, a lens 31 of a convex lens. The beam control element 30 receives the electromagnetic wave transmitted from the transmitting antenna ANT of the transmitting station 10 using the lens 31, changes the radiation direction of the input electromagnetic wave, and outputs it. The lens 31 is a single convex lens, but may be a combination of a plurality of lenses. The lens 31 may be an element having the same function as that of the convex lens instead of the convex lens.

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 beam control element 30 may be included in the transmitting station 10 or the receiving station 20.

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。   The arrangement of the transmitting station 10, the receiving station 20, and the beam control element 30 will be described with reference to FIG.

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 transmitting antenna ANT shown in FIG. As shown in FIG. 2, the transmitting antenna ANT has N sets of circular array antennas SA (SA (1) -SA (N)). Each of the circular array antennas SA of the transmitting antenna ANT has different radii R1 (R11 to R1N) and is arranged concentrically. Then, for example, eight antenna elements EA are arranged at intervals of an angle 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 sets of circular array antennas SA in the transmitting antenna ANT and the number of antenna elements EA included in each circular array antenna SA are appropriately determined according to the size of the wireless communication system SYS and the required quality of communication. Is preferred.

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 of modulating an electromagnetic wave having a mode of OAM using the transmission antenna ANT will be described. For example, the circular array antenna SA (n) (n is an integer of 1 to N) shown in FIG. 2 emits an electromagnetic wave having a single OAM mode j (j is an integer of 0 to M-1) In this case, each antenna element EA emits an electromagnetic wave of a signal waveform whose phase differs by 2πj / M. Thus, the circular array antenna SA (n) emits an electromagnetic wave of the 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。   In addition, when radiating electromagnetic waves in two or more OAM modes, the circular array antenna SA (n) radiates from the antenna element an electromagnetic wave obtained by combining the signal waveforms of the respective OAM modes. For example, when the OAM mode is j1 and j2, the circular array antenna SA (n) has a signal waveform whose phase is different by 2πj1 / M for each antenna element EA and a signal waveform whose phase is different 2πj2 / M for each antenna element EA. And radiates an electromagnetic wave of a signal waveform synthesized from Thus, the circular array antenna SA (n) can simultaneously emit electromagnetic waves in the OAM modes j1 and j2. Note that 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, like the transmitting antenna ANT shown in FIG. 2, has L sets of circular array antennas arranged concentrically with different radii R2 (R21-R2L). Then, similarly to the transmitting antenna ANT, eight antenna elements EA are arranged at intervals of an angle 2π / 8 on the circumference of each of the circular array antennas of the receiving antenna ANR. The number L of sets of circular array antennas of the receiving antenna ANR may be the same as or different from the number N of sets of circular array antennas of the transmitting antenna ANT. Further, the number of antenna elements EA included in each circular array antenna of the receiving 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 transmitting 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 receiving antenna ANR is any one of the receiving antenna ANR that receives the electromagnetic wave of OAM emitted by the circular array antenna SA (n) (n is an integer from 1 to N) of the transmitting antenna ANT via the beam control element 30. Receive with a set of circular array antennas. The receiving antenna ANR outputs the received signal of the received electromagnetic wave to the demodulator 21.

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 electromagnetic wave of OAM is in a single OAM mode, the demodulation unit 21 processes the phase shift so that the phases of the received signals are aligned between the antenna elements EA of the circular array antenna of the receiving antenna ANR that has received the electromagnetic wave of OAM. Run. The demodulation unit 21 restores the modulation signal by adding the signal waveforms of the reception signals of the respective antenna elements EA whose phases are aligned with each other. Then, the demodulation unit 21 demodulates the restored modulated signal.

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 electromagnetic wave of OAM has a plurality of OAM modes, the demodulator 21 receives IDFT (received at the same time in each antenna element EA of the circular array antenna of the receiving antenna ANR which has received the electromagnetic wave of OAM). Inverse discrete Fourier transform) processing is performed to separate received signals in each OAM mode. Then, the demodulator 21 demodulates the separated received signals in each of the OAM modes.

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 transmitting antenna ANT, the receiving antenna ANR and the beam control element 30 shown in FIG. In FIG. 3, a set of circular array antennas of radius R11 (ie, the circular array antenna SA (1) shown in FIG. 2) is shown as a transmit antenna ANT, and a set of circular arrays of radius R21 is shown as a receive antenna ANR. Indicates an antenna. Further, in FIG. 3, a lens 31 having a diameter dL and a focal length f is shown as the beam control element 30. The diameter dL of the lens 31 is preferably set according to the beam width of the electromagnetic wave emitted from the transmission antenna ANT.

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 lens 31 is taken as the X axis, and the directions perpendicular to the direction of the optical axis of the lens 31 are taken as the Y axis and the Z axis. Then, in FIG. 3, the transmission antenna ANT is disposed on the YZ plane so that the origin of the XYZ coordinates coincides with the center of the circular array antenna SA (1) of the transmission antenna ANT. In addition, the receiving antenna ANR is disposed in the YZ plane at a distance x so as to face the transmitting antenna ANT so that the X axis passes through the center of the circular array antenna included in the receiving antenna ANR. That is, the center of the transmitting antenna ANT, the center of the receiving antenna ANR, and the optical axis of the lens 31 are disposed on the X axis.

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 emitted by the transmitting antenna ANT is imaged at the position of the distance x at which the receiving antenna ANR is arranged, by the lens 31 of the focal distance f arranged at the position a distant from the transmitting antenna ANT, The condition of 1) is satisfied.

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 / (x-a) = 1 / f (1)
The magnification k of the image of the transmitting antenna ANT formed at the position of the receiving antenna ANR is calculated using the equation (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 of radius R11 is the size of the receiving antenna ANR of radius R21, the magnification k is R21 / R11. Accordingly, the distance a at which the lens 31 is disposed is expressed as Expression (3) using Expression (2) and the radii R11 and R21 of the transmission antenna ANT and the reception antenna ANR.

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 lens 31 is related to the radius R11 of the transmitting antenna ANT and the radius R21 of the receiving antenna ANR as in the equation (4) based on the equations (1) and (3).

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 x R11 / (R11 + R21) x (1-R11 / (R11 + R21)) (4)
That is, each of the transmitting antenna ANT, the receiving antenna ANR, and the beam control element 30 is disposed on the X axis so as to satisfy the conditions of equations (3) and (4).

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。   Although FIG. 3 shows the case where the transmitting antenna ANT uses a circular array antenna of radius R11 and the receiving antenna ANR uses a circular array antenna of radius R21, each of the transmitting antenna ANT and the receiving antenna ANR has another radius Also in the case of using the circular array antenna of the above, the distance a and the focal distance f of the lens 31 are calculated using the equations (1) and (2).

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。   A circular array antenna SA (i) of radius R1i of the transmitting antenna ANT and a circular array antenna of radius R2m of the receiving antenna ANR which satisfy the conditions of the equations (3) and (4) are R2m = k × When the condition of R1i is satisfied, communication between the circular array antenna SA (1) of radius R11 of the transmitting antenna ANT and the circular array antenna of radius R21 of the receiving antenna ANR, and the circular array antenna SA of radius R1i of the transmitting antenna ANT Communication between (i) and a circular array antenna of radius R2 m of the receiving antenna ANR may be performed simultaneously. Here, i is an integer of 2 or more and N or less, and m is an integer of 2 or more and L or less.

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 of radius R21 of the receiving antenna ANR, and is input to the demodulator 21. On the other hand, the electromagnetic wave radiated from the circular array antenna SA (i) of the transmitting antenna ANT is received by the circular array antenna of radius R 2 m of the receiving antenna ANR, and is input to the demodulator 21. The demodulation unit 21 independently demodulates the reception signal input from the circular array antenna of radius R21 of the reception antenna ANR and the reception signal input from the circular array antenna of radius R2 m.

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 in FIG. 4 indicates the radiation angle θ of the electromagnetic wave of OAM emitted by 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 represents the energy ratio between the total radiation energy of the electromagnetic wave emitted by the transmitting antenna ANT and the accumulated value of the radiation energy of the electromagnetic wave radiated at the radiation angle from 0 degrees to θ degrees.

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 order to obtain the distribution shown in FIG. 4, the number of antenna elements EA of the circular array antenna of radius R11 of the transmitting antenna ANT and the circular array antenna of radius R21 of the receiving antenna ANR is twelve. Further, the frequency of the electromagnetic wave of OAM is 60 GHz, the radius R11 is 0.5 cm (that is, one wavelength of the electromagnetic wave), and the radius R21 is 10 cm. In addition, the distance x between the transmitting antenna ANT and the receiving antenna ANR is 10 meters, and the transmitting station 10, the receiving station 20 and the beam control element 30 are at a height of 0.125 centimeters (0.25 wavelength) from the ground. It is supposed to be deployed.

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 percent indicates 27 degrees. When the radiation angle θ is 27 degrees and the beam control element 30 is not disposed, the beam width of the electromagnetic wave of OAM mode “1” at the position of 10 meters where the receiving antenna ANR is disposed is 5.09 meters. However, when the lens 31 whose focal length f is 45.35 centimeters is disposed at a position of 47.62 centimeters (distance a) from the transmitting antenna ANT, the OAM mode “1” at the location where the receiving antenna ANR is disposed The beam width of the electromagnetic wave is 10 centimeters (ie, radius R21 of the receiving antenna ANR). That is, by disposing the beam control element 30, the spread of the electromagnetic wave in the OAM mode "1" can be reduced by 0.020 times. Further, the spread of the electromagnetic wave when the OAM mode is “0”, “2”, “3” can be reduced as in the case of the OAM mode “1”. Thereby, the scale of the wireless communication system SYS can be suppressed.

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 lens 31 when the OAM mode is “1” is preferably larger than 2 × 47.62 centimeters (distance a) × tan (27 degrees) (that is, 48.53 centimeters).

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 beam control element 30 is disposed such that the size of the image of the transmission antenna ANT is equal to the size of the reception antenna ANR at the position where the reception antenna ANR is disposed. . That is, the beam width of the electromagnetic wave of OAM radiated from the transmitting antenna ANT can be made the size of the receiving antenna ANR by the imaging action of the lens 31 of the beam control element 30. As a result, the wireless communication system SYS can receive the electromagnetic waves of OAM with higher accuracy than in the conventional case without increasing the aperture diameter of the receiving antenna ANR, and can reduce the size of the wireless communication system SYS.

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. In addition, about the element which has the same or similar function as the element demonstrated in FIG. 1, the same or similar code | symbol is attached | subjected, and detailed description is abbreviate | omitted about these.

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 station 10A, a receiving station 20A, and a beam control element 30.

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 transmission station 10A includes an IF unit 11, an S / P unit 12, a modulation unit 13, a control unit 14, a reference signal generation unit 15, and a transmission antenna ANTa.

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 control unit 14 is realized, for example, by a processor or the like included in the transmission station 10A executing a control program stored in a storage device such as a hard disk device included in the transmission station 10A, and controls the operation of the transmission station 10A. Do. For example, the control unit 14 may use the IF unit 11 or the IF unit to measure the signal-to-noise ratio (SNR) or the BER (Bit Error Rate) of the electromagnetic wave received by the receiving antenna 20A measured by the receiving station 20A. The signal is received via an input interface included in a transmitting station 10A different from the one 11 shown in FIG. The control unit 14 selects, based on the received measurement result, a set of circular array antennas that radiates an electromagnetic wave of OAM among a plurality of sets of circular array antennas included in the transmission antenna ANTa. Further, the control unit 14 causes the reference signal generation unit 15 to generate a reference signal that causes the reception station 20A to measure the SNR, BER, and the like of the electromagnetic wave emitted by the transmission antenna ANTa. Then, the control unit 14 sequentially transmits the OAM electromagnetic waves modulated based on the generated reference signal to each of a plurality of sets of circular array antennas of the transmission antenna ANTa.

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。   A processor or the like included in the transmitting station 10A may function as, for example, an OAM mode selection unit that selects an OAM mode with reference to the preamble added to the beginning of the transmission signal sequence. In this case, the processor or the like outputs OAM information indicating the selected OAM mode to the modulation unit 13.

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。   The reference signal generation unit 15 generates a reference signal for causing the receiving station 20A to measure the SNR, BER, etc. of the electromagnetic waves radiated by each circular array antenna of the transmission antenna ANTa based on the control instruction from the control unit 14. , The generated reference signal is output to the transmitting antenna ANTa.

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 transmitting 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 selected by the modulation unit 13 based on a transmission signal sequence received through the IF unit 11 using a pair of circular array antennas selected by the control unit 14 among a plurality of circular array antennas. It emits modulated OAM electromagnetic waves. In addition, the transmission antenna ANTa radiates the electromagnetic wave of the reference signal generated by the reference signal generation unit 15 to each of the plurality of sets of circular array antennas based on the control instruction of the control unit 14. The transmitting antenna ANTa will be described with reference to FIG.

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 station 20A has a receiving antenna ANRa, a demodulator 21 and a measuring unit 22.

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。   The receiving antenna ANRa, like the transmitting antenna ANTa, 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 emitted by the transmitting station 10A through the beam control element 30, and outputs the received signal of the received electromagnetic wave of the OAM to the demodulator 21. Further, when the electromagnetic wave emitted by the transmitting station 10A is a reference signal, the receiving antenna ANRa outputs the received signal of the received electromagnetic wave to the measuring unit 22. The receiving antenna ANRa will be described with reference to FIG.

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。   Preferably, the receiving station 20A uses a variable phase shifter or the like to compensate for phase distortion occurring in the received signal due to the imaging action, and then output the received signal to the demodulator 21 and the measurer 22.

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 measurement unit 22 measures the SNR, the BER, and the like of the reception signal of the electromagnetic wave of the reference signal which is radiated by each circular array antenna of the transmission antenna ANTa of the transmission station 10A and is received by the reception antenna ANRa. The measurement unit 22 feeds back the measurement result to the transmitting station 10A in a wired or wireless manner via an output interface or the like included in the receiving station 20A. The SNR, the BER, and the like are examples of the reception state.

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 transmitting 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 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 transmitting antenna ANTa is arranged on the YZ plane perpendicular to the optical axis (X axis) of the lens 31 so that the centers of the respective circular array antennas SAa do not overlap. For example, the circular array antenna SAa (2) is arranged at a distance h from the center of the circular array antenna SAa (1) and at an angle φ with respect to the Y axis. Then, eight antenna elements EA are arranged at intervals of an angle 2π / 8 on the circumference of each circular array antenna SAa, similarly to the circular array antenna SA shown in FIG.

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 be all the same or all different. In addition, the number N of sets of circular array antennas in the transmitting antenna ANTa and the number of antenna elements EA of each circular array antenna are appropriately determined according to the size of the radio communication system SYS1 and the required quality of communication. 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 receiving antenna ANRa has a plurality of sets of circular array antennas in the same manner as the transmitting antenna ANTa shown in FIG. 6, and each circular array antenna has a distance x so that the centers of the respective circular array antennas do not overlap each other. Placed on the YZ plane at Then, in each of the circular array antennas of the receiving antenna ANRa, eight antenna elements EA are circumferentially arranged at an angle 2π / 8, as in the case of the transmitting antenna ANTa. The number of sets of circular array antennas of the receiving antenna ANRa may be the same as or different from the number of sets of circular array antennas of the transmitting antenna ANTa. Further, the number of antenna elements EA included in each circular array antenna of the receiving antenna ANRa may be the same as or different from the number of antenna elements EA included in each circular array antenna of the transmitting antenna ANTa. Furthermore, the radius of each circular array antenna of the receiving antenna ANRa may be all 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 transmitting antenna ANTa, the receiving antenna ANRa and the beam control element 30 shown in FIG. The same or similar elements as or to the elements described with reference to FIG.

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) of radius R11 are shown as transmitting antennas ANTa, and one set of circular arrays of radius R21 is shown as 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。   Further, in FIG. 7, the circular array antenna SAa (1) of the transmitting antenna ANTa is disposed on the YZ plane such 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 disposed on the YZ plane such that the center of the circular array antenna SAa (2) is located at the distance h and the angle φ. On the other hand, the receiving antenna ANRa is opposed to 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, as in the receiving antenna ANR shown in FIG. In the YZ plane. That is, the center of the circular array antenna SA (1) of the transmitting antenna ANTa, the center of the receiving antenna ANRa, and the optical axis of the lens 31 are disposed on the X axis. In addition, the transmission antenna ANTa, the reception antenna ANRa, and the lens 31 are disposed so as to satisfy the conditions of Expression (3) and Expression (4).

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 electromagnetic wave of the OAM radiated by the circular array antenna SAa (1) of the transmitting antenna ANTa shown in FIG. 7 is located at the position where the receiving antenna ANRa is arranged, similarly to the transmitting antenna ANT shown in FIG. An image is formed by the lens 31 with the size of the radius R21. On the other hand, since the circular array antenna SAa (2) shown in FIG. 7 is disposed at the offset position of the distance h and the angle φ with respect to the optical axis (X axis) of the lens 31, the circular array antenna SAa (2) The electromagnetic wave of the OAM emitted by) forms an image 40 at a position different from the position of the antenna ANta. For this reason, it becomes difficult for the electromagnetic waves of OAM radiated by the circular array antenna SAa (2) to be received by the receiving antenna ANRa with predetermined receiving power.

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 image 40 with respect to the position of antenna ANTa is distance h ′ and angle φ ′, the distance between image 40 and circular array antenna SAa (2) of transmitting antenna ANTa is h ′ = (x−a) × It is related to h / a and the angle φ ′ = π + φ.

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 station 20A is shifted due to a disaster such as an earthquake or an artificial action, and the position of the receiving antenna ANRa becomes the position of the image 40, the receiving antenna ANRa is a circular array antenna SAa of the transmitting antenna ANTa. It becomes difficult to receive OAM electromagnetic waves radiated by (1) with predetermined reception power. On the other hand, the receiving antenna ANRa can receive the electromagnetic wave of OAM radiated by the circular array antenna SAa (2) of the transmitting antenna ANTa with predetermined receiving power. That is, as shown in FIG. 6, the transmitting antenna ANTa distributes and arranges each of the N sets of circular array antennas SAa on the YZ plane, whereby the receiving antenna ANRa of the receiving station 20A is any of the transmitting antennas ANTa. It can receive OAM electromagnetic waves emitted by a set of circular array antennas SAa.

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 control unit 14 generates a reference signal to the reference signal generation unit 15 in order to select one set of circular array antennas SAa that radiates the electromagnetic wave of OAM among the N sets of circular array antennas SAa of the transmission antennas ANTa. Let Then, the control unit 14 sequentially transmits the OAM electromagnetic waves modulated based on the reference signal generated by the reference signal generation unit 15 to each of the N sets of circular array antennas SAa of the transmission antenna ANTa. The control unit 14 receives, from the receiving station 20A, the measurement results by the measurement unit 22 such as the SNR and the BER of the electromagnetic waves radiated by the respective circular array antennas SAa of the transmission antenna ANTa. For example, the control unit 14 selects the circular array antenna SAa in which the highest SNR (or the lowest BER) is measured, with reference to the received measurement result.

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 process of steps S100 to S170 is performed by the transmitting station 10A. Also, the processing from step S200 to step S240 is executed by the receiving station 20A. That is, FIG. 8 shows an embodiment of a communication method of the wireless communication system.

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。   The process shown in FIG. 8 is started when the transmitting station 10A receives a transmission signal sequence.

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 control unit 14 causes the reference signal generation unit 15 to generate a reference signal.

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 control unit 14 causes the OAM electromagnetic waves modulated based on the reference signal generated in step S100 to be sequentially transmitted to each of the circular array antennas SAa (1) -SAa (N) of the transmission antenna ANTa. Therefore, initialize the variable i to 1.

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 control unit 14 causes the circular array antenna SAa (i) to radiate the OAM electromagnetic wave modulated based on the reference signal generated in step S100.

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 control unit 14 receives, from the receiving station 20A, measurement results such as SNR and BER for the electromagnetic wave emitted in step S120. Then, the control unit 14 stores the received measurement result in the storage device of the transmitting station 10A in association with the circular array antenna SAa (i).

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 control unit 14 increments the variable i by one.

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 control unit 14 determines whether the variable i is smaller than the number N of sets of circular array antennas SAa. If the variable i is smaller than the number of sets N, the process of the transmitting station 10A proceeds to step S120. On the other hand, when the variable i is equal to or more than the number of sets N, the process of the transmitting station 10A proceeds to step S160.

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 control unit 14 selects a circular array antenna SAa that radiates the electromagnetic wave of the transmission signal series OAM based on the measurement result of each circular array antenna SAa received in step S130. For example, the control unit 14 selects the circular array antenna SAa for which the highest SNR has been measured. Alternatively, the control unit 14 selects the circular array antenna SAa for which the lowest BER has been measured.

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 control unit 14 causes the circular array antenna SAa of the transmission antenna ANTa selected in step S160 to emit an electromagnetic wave having the OAM modulated by the modulation unit 13 based on the transmission signal sequence. Then, the transmitting station 10A ends the communication process.

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 transmission station 10A receives a transmission signal sequence, the transmission station 10A executes the processing from step S100 to step S170. Note that, for example, when the measurement unit 22 measures the SNR and the like of the reception signal of the transmission signal sequence, the transmitting station 10A refers to the measured SNR and the like and determines that the predetermined communication quality is maintained. The process from step S100 to step S150 may be omitted.

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 electromagnetic wave of the OAM, which is modulated based on the reference signal, emitted in step S120. Then, the receiving antenna ANRa outputs the received signal of the received electromagnetic wave to the measuring unit 22.

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 measurement unit 22 measures the SNR, BER, and the like of the received signal of the electromagnetic wave received in step S200.

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 measurement unit 22 transmits the measurement result measured in step S210 to the transmission station 10A.

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 electromagnetic wave of the OAM that is modulated based on the transmission signal sequence emitted in step S170. Then, the receiving antenna ANRa outputs the received signal of the received electromagnetic wave to the demodulator 21.

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 demodulation unit 21 performs demodulation processing on the received signal of the electromagnetic wave received in step S230. Then, the demodulation unit 21 outputs the transmission signal sequence to an external mobile communication terminal, a network, or the like, which is a transmission destination indicated by the preamble of the transmission signal sequence subjected to demodulation processing, through an output interface or the like included in the receiving station 20. . Then, the receiving station 20A ends the communication process.

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 station 20A executes the process from step S200 to step S240 every time the transmitting station 10A receives the transmission signal sequence.

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 embodiments shown in FIG. 5 to FIG. 8, the beam control element 30 is disposed such that the size of the image of the transmission antenna ANTa becomes the size of the reception antenna ANRa at the position where the reception antenna ANRa is disposed. . That is, the beam width of the electromagnetic wave of OAM radiated from the transmitting antenna ANTa can be made the size of the receiving antenna ANRa by the imaging action of the lens 31 which the beam control element 30 has. As a result, the radio communication system SYS1 can receive the electromagnetic waves of OAM with higher accuracy than in the conventional case without increasing the aperture diameter of the receiving antenna ANRa, and the scale of the communication system SYS1 can be suppressed.

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 transmitting antenna ANTa is arranged on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis of the lens 31 so that the centers of the respective circular array antennas SAa do not overlap. Then, when transmitting the transmission signal sequence, the control unit 14 uses the reference signal from the reference signal generation unit 15 and the circular array antenna with the highest SNR (or lowest BER) of the electromagnetic wave received by the receiving station 20A. Select SAa. Thereby, even when the position of the receiving station 20A is shifted due to a disaster or the like, the wireless communication system SYS1 can transmit the transmission signal sequence.

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。   The features and advantages of the embodiments will be apparent from the foregoing detailed description. This is intended to cover the features and advantages of the embodiments as described above without departing from the spirit and scope of the claims. Also, all modifications and variations should be readily apparent to those skilled in the art. Accordingly, there is no intention to limit the scope of the embodiments having the invention to those described above, and it is also possible to rely on appropriate modifications and equivalents included in the scope disclosed in the embodiments.

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 10, 10A: transmitting station; 11: IF unit; 12: S / P unit; 13: modulation unit; 14: control unit; 15: reference signal generation unit; 20, 20A: reception station; 21: demodulation unit; 30 measurement unit 30 beam control element 31 lens 40 image ANT, ANTa transmit antenna ANR, ANRa receive antenna EA antenna element SA (1)-SA (N), SAa (1) -SAa (N) ... circular array antenna; SYS, SYS 1 ... wireless communication system

Claims (8)

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、
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送信アンテナ素子を有する送信円形アレーアンテナを複数組含む送信アンテナ部とを備え、
前記ビーム制御素子は、
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受信アンテナ素子を有する受信円形アレーアンテナを複数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
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送信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受信円形アレーアンテナを有し、
前記送信局は、
前記送信円形アレーアンテナの各々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、
前記参照信号の電磁波を前記送信円形アレーアンテナの各々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送信円形アレーアンテナを、複数組の前記送信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システム。
A wireless communication system comprising a transmitting station, a receiving station, and a beam control element, comprising:
The transmitting station is
A modulation unit that modulates an electromagnetic wave based on a signal including data to be transmitted;
A transmitting antenna unit including a plurality of sets of transmitting circular array antennas having a plurality of transmitting antenna elements for emitting the electromagnetic waves modulated by the modulation unit;
The beam control element
As input electromagnetic wave radiated from the previous SL transmitting antenna unit, by changing the radial direction of the input electromagnetic wave comprises a lens unit for outputting,
The receiving station is
A receiving antenna unit including a plurality of sets of receiving circular array antennas having a plurality of receiving antenna elements for receiving an electromagnetic wave output from the lens unit;
And a demodulation unit that demodulates a reception signal of the electromagnetic wave received by the reception antenna unit ,
The transmitting antenna unit has a plurality of sets of transmitting 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 receiving circular array antenna disposed 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 that causes each of the transmission circular array antennas to emit an electromagnetic wave;
A control unit that causes each of the transmission circular array antennas to emit an electromagnetic wave of the reference signal;
The receiving station is
A measurement unit configured to measure the reception state of the electromagnetic wave of the reference signal received by the reception antenna unit for each of the transmission circular array antennas, and output the measurement result to the transmission station;
The wireless communication system , wherein the control unit selects a transmission circular array antenna for emitting an electromagnetic wave of a signal including the data from a plurality of sets of the transmission circular array antennas based on the result of the measurement .
請求項1に記載の無線通信システムにおいて、
前記レンズ部は、前記送信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。
In the wireless communication system according to claim 1,
The lens unit, the image of the electromagnetic wave radiated from the transmission Shinen shaped array antenna, at a position where the receiving antenna unit is arranged so as to form an image with the size of the receiving Shinen shaped array antenna, wherein A wireless communication system, wherein the wireless communication system is disposed between a transmitting antenna unit and the receiving antenna unit.
請求項1に記載の無線通信システムにおいて、
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送信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受信円形アレーアンテナを有し、
前記レンズ部は、複数組の前記送信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、複数組の前記受信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。
In the wireless communication system according to claim 1,
The transmitting antenna unit has a plurality of sets of transmitting circular array antennas arranged concentrically on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis direction of the lens unit,
The receiving antenna unit has a plurality of sets of the receiving circular array antennas arranged concentrically on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis direction of the lens unit,
The lens unit, the image of the electromagnetic waves radiated from each of the multiple sets of the transmitting circular array antenna, at a position where the receiving antenna unit is disposed, either the size of the double sets of said receiving circular antenna arrays A wireless communication system, wherein the wireless communication system is disposed between the transmitting antenna unit and the receiving antenna unit so as to form an image at a short distance.
請求項1ないし請求項のいずれか1項に記載の無線通信システムにおいて、
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モードを有する電磁波を、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モード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 3 .
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 mode selected by the OAM mode selection unit based on a signal including the data.
The wireless communication system according to claim 1, wherein the transmission antenna unit radiates an electromagnetic wave having an OAM mode modulated by the modulation unit.
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、
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、複数の送信アンテナ素子を有する送信円形アレーアンテナを複数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、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、複数の受信アンテナ素子を有する受信円形アレーアンテナを複数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
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送信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受信円形アレーアンテナを有し、
前記送信局が、前記送信円形アレーアンテナの各々に、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、前記受信アンテナ部を用いて、前記送信円形アレーアンテナの各々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送信円形アレーアンテナを、複数組の前記送信円形アレーアンテナから選択する選択ステップと
をさらに備える
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, comprising:
A modulation step in which the transmitting station modulates an electromagnetic wave based on a signal including data to be transmitted;
A first transmission step in which the transmitting station radiates the modulated electromagnetic wave using a transmitting antenna unit including a plurality of sets of transmitting circular array antennas having a plurality of transmitting antenna elements;
An imaging step in which the beam control element receives an electromagnetic wave emitted from the transmission antenna part using a lens part included in the own element, changes a radiation direction of the input electromagnetic wave, and outputs the changed electromagnetic wave;
A first receiving step of receiving the electromagnetic wave output from the lens unit using the receiving antenna unit including a plurality of sets of receiving circular array antennas having a plurality of receiving antenna elements;
And a demodulation step of demodulating the reception signal of the electromagnetic wave received by the reception antenna unit .
The transmitting antenna unit has a plurality of sets of transmitting 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 receiving circular array antenna disposed on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis direction of the lens unit.
A second transmitting step in which the transmitting station causes each of the transmitting circular array antennas to emit an electromagnetic wave of a reference signal;
A second receiving step in which the receiving station receives an electromagnetic wave of the reference signal emitted by each of the transmitting circular array antennas using the receiving antenna unit;
Measuring the reception state of the electromagnetic wave of the reference signal received by the reception antenna unit for each of the transmission circular array antennas, and outputting the measurement result to the transmission station;
Selecting, from the plurality of sets of transmission circular array antennas, a transmission circular array antenna that causes the transmitting station to emit an electromagnetic wave of a signal including the data based on the result of the measurement received from the receiving station;
A communication method of a wireless communication system , further comprising :
請求項に記載の無線通信システムの通信方法において、
前記レンズ部は、前記送信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 wireless communication system according to claim 5 ,
The lens unit, the image of the electromagnetic wave radiated from the transmission Shinen shaped array antenna, at a position where the receiving antenna unit is arranged so as to form an image with the size of the receiving Shinen shaped array antenna, wherein A communication method of a wireless communication system, which is disposed between a transmitting antenna unit and the receiving antenna unit.
請求項に記載の無線通信システムの通信方法において、
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送信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受信円形アレーアンテナを有し、
前記レンズ部は、複数組の前記送信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、複数組の前記受信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 wireless communication system according to claim 5 ,
The transmitting antenna unit has a plurality of sets of transmitting circular array antennas arranged concentrically on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis direction of the lens unit,
The receiving antenna unit has a plurality of sets of the receiving circular array antennas arranged concentrically on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis direction of the lens unit,
The lens unit, the image of the electromagnetic waves radiated from each of the multiple sets of the transmitting circular array antenna, at a position where the receiving antenna unit is disposed, either the size of the double sets of said receiving circular antenna arrays A communication method of a wireless communication system, which is disposed between the transmitting antenna unit and the receiving antenna unit so as to form an image at a short distance.
請求項ないし請求項のいずれか1項に記載の無線通信システムの通信方法において、
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(OAM:Orbital Angular Momentum)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モードを有する電磁波を、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モード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。
The communication method of a wireless communication system according to any one of claims 5 to 7 .
The transmitting station includes an OAM mode selection step of selecting an Orbital Angular Momentum (OAM) mode to be modulated based on information added to a signal including the data.
In the modulation step , the electromagnetic wave having the OAM mode selected in the OAM mode selection step is modulated based on the signal including the data,
In the first transmission step , the electromagnetic wave having the OAM mode modulated in the modulation step is radiated.
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