JP6697731B2 - 送信装置、受信装置、および通信方法 - Google Patents

Description

本開示は、送信装置、受信装置、および通信方法に関する。

電磁波を用いて信号を送受信する無線通信において、近年、軌道角運動量（ＯＡＭ：orbital angular momentum）を有する電磁波が用いられている。

ＯＡＭを有する電磁波には、アジマス角に対する位相変化量の違いによって、複数のモード（以下、ＯＡＭ伝搬モードと記載）が存在する。異なるＯＡＭ伝搬モードを有する電磁波は、互いに直交する。

例えば、特許文献１では、複数の送信パラボラアンテナが、それぞれ異なるＯＡＭ伝搬モードを有する電磁波を送信し、複数の送信パラボラアンテナと対をなす複数の受信パラボラアンテナが、対応する送信パラボラアンテナから送信される電磁波を受信する技術が開示されている。この技術により、送信パラボラアンテナと受信パラボラアンテナの１対の間で１つのＯＡＭ伝搬モードを有する電磁波を送受信できるため、複数の直交チャネルで信号を多重できる。

また、特許文献２、特許文献３では、円形に配置したアレーアンテナを用いて、異なるＯＡＭ伝搬モードを有する電磁波を送信する技術が開示されている。この技術により、複数のＯＡＭ伝搬モードを有する電磁波を送受信できるため、複数の直交チャネルで信号を多重できる。

国際公開第２０１４／１９９４５１号 国際公開第２０１５／１５９８０８号 特開２０１５−２０７７９９号公報

しかしながら、特許文献１、特許文献２、特許文献３の技術では、ＯＡＭ伝搬モードを有する電磁波の無線信号の多重に用いるのみである。

本開示は、複数のＯＡＭ伝搬モードを有する無線信号によって通信を行うシステムにおいて、ＯＡＭ伝搬モードを選択して変調／復調を行うことができる送信装置、受信装置、および通信方法を提供することを目的とする。

本開示の送信装置は、送信するビットデータの値に応じて、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のＯＡＭ（orbital angular momentum）伝搬モードの中からＯＡＭ伝搬モードを選択する変調部と、前記変調部によって選択されたＯＡＭ伝搬モードの信号を送信する送信部と、を有する。

本開示の受信装置は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のＯＡＭ（orbital angular momentum）伝搬モードの中から選択されたＯＡＭ伝搬モードの信号を受信する受信部と、前記受信した信号のＯＡＭ伝搬モードに応じて、ビットデータの値を出力する復調部と、を有する。

本開示の送信装置は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のＯＡＭ（orbital angular momentum）伝搬モードのそれぞれを順にＫ回（Ｋは、１以上の整数）選択する選択順を示すパターンに基づいて、ＯＡＭ伝搬モードを選択する変調部と、Ｋ個のモード間隔からなる１シンボル間隔において、前記変調部が選択した順に、ＯＡＭ伝搬モードの信号を送信する送信部と、を有する。

本開示の受信装置は、Ｋ個（Ｋは、１以上の整数）のモード間隔分のＯＡＭ伝搬モードの信号を受信する受信部と、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のＯＡＭ（orbital angular momentum）伝搬モードのいずれか少なくとも１つを順にＫ回選択する選択順を示すパターンに基づいて、前記受信した信号からシンボルを復調する復調部と、を有する。

本開示の通信方法は、送信するビットデータの値に応じて、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のＯＡＭ（orbital angular momentum）伝搬モードの中からＯＡＭ伝搬モードを選択し、前記選択されたＯＡＭ伝搬モードの信号を送信し、前記Ｎ個のＯＡＭ伝搬モードの中から前記選択されたＯＡＭ伝搬モードの信号を受信し、前記受信した信号のＯＡＭ伝搬モードに応じて、ビットデータの値を出力する。

本開示の通信方法は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のＯＡＭ（orbital angular momentum）伝搬モードのそれぞれを順にＫ回（Ｋは、１以上の整数）選択する選択順を示すパターンに基づいて、ＯＡＭ伝搬モードを選択し、Ｋ個のモード間隔からなる１シンボル間隔において、前記選択した順に、ＯＡＭ伝搬モードの信号を送信し、前記Ｋ個のモード間隔分のＯＡＭ伝搬モードの信号を受信し、前記パターンに基づいて、前記受信した信号からシンボルを復調する。

本開示によれば、複数のＯＡＭ伝搬モードを用いて変調／復調を行うことができる。

本開示の実施の形態１に係るＯＡＭ多重伝送システムの一例を示す図 ２×２の正方配置のアレーアンテナの一例を示す図 ２×２の正方配置のアレーアンテナにおけるＯＡＭ移相を示す図 本開示の実施の形態１におけるテーブルの一例を示す図 本開示の実施の形態１におけるＯＡＭ伝搬モードの選択順の一例を示す図 本開示の実施の形態１におけるテーブルの別の一例を示す図 本開示の実施の形態２におけるＯＡＭ伝搬モードの選択順の一例を示す図

本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する各実施の形態は一例であり、本開示はこれらの実施の形態により限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係るＯＡＭ伝送システムの一例を示す図である。本実施の形態に係るＯＡＭ伝送システムは、０次、１次、−１次、２次の４つのＯＡＭ伝搬モードで通信を行うシステムである。ＯＡＭ伝送システムは、送信装置１０と、受信装置２０とを含む。２次のＯＡＭ伝搬モードとしては、−２次または＋２次のいずれか、またはその混在したＯＡＭ伝搬モードを用いる。

送信装置１０は、アレーアンテナ１００、変調部１１、送信部１２を有する。

本実施の形態に係るアレーアンテナ１００は、４個のアンテナ素子が平面に格子状に配置された構成を有する。図２は、アレーアンテナ１００の構成の一例を示す図である。

図２に示すアレーアンテナ１００は、４個のアンテナ素子が横方向に２個、縦方向に２個配置された２×２の正方配置のフェーズドアレーである。以下、４個の各アンテナ素子を図２に示す位置に応じて、それぞれ、アンテナ素子１−１〜２−２と記載する。

図１の説明に戻ると、変調部１１は、入力される情報とＯＡＭ伝搬モードとを対応付けたテーブルを有する。変調部１１は、各ＯＡＭ伝搬モードに対応する接続端子Ｔ（０）、Ｔ（＋１）、Ｔ（−１）、Ｔ（２）と接続する。変調部１１は、入力される情報に基づいて、４つのＯＡＭ伝搬モードのうち、いずれか１つのＯＡＭ伝搬モードを選択する。変調部１１は、選択したＯＡＭ伝搬モードに対応する接続端子から送受信間で既知の信号を出力する。なお、テーブルおよび変調処理の詳細については、後述する。

送信部１２は、変調部１１から出力される信号に対し、ＯＡＭ伝搬モードに応じた重み付け、無線周波数帯へのアップコンバート、および増幅等の送信処理を行い、送信処理を行った信号をアレーアンテナ１００へ出力する。

具体的に、送信部１２は、重み付け部１３−１−１〜１３−２−２、ミキサ１４−１−１〜１４−２−２、および増幅器１５−１−１〜１５−２−２を有する。

重み付け部１３−ｉ−ｊ（ｉ、ｊは、それぞれ、１または２をとる）、ミキサ１４−ｉ−ｊ、および増幅器１５−ｉ−ｊは、アンテナ素子ｉ−ｊに対応する。つまり、送信部１２は、アンテナ素子の数と同数の重み付け部１３、ミキサ１４、および増幅器１５を有する。

重み付け部１３−ｉ−ｊは、ＯＡＭ伝搬モードに対応する各接続端子から入力される信号に対して、アンテナ素子ｉ−ｊにおける各ＯＡＭ伝搬モードの重み付けを行う。重み付け部１３−ｉ−ｊは、接続端子Ｔ（０）から信号が入力される場合、アンテナ素子ｉ−ｊにおける０次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相の重み付けを行う。同様に、重み付け部１３−ｉ−ｊは、接続端子Ｔ（＋１）から信号が入力される場合、アンテナ素子ｉ−ｊにおける＋１次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相の重み付けを行う。重み付け部１３−ｉ−ｊは、接続端子Ｔ（−１）から信号が入力される場合、アンテナ素子ｉ−ｊにおける−１次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相の重み付けを行う。重み付け部１３−ｉ−ｊは、接続端子Ｔ（２）から信号が入力される場合、アンテナ素子ｉ−ｊにおける２次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相の重み付けを行う。重み付けされる移相について、図３を参照して説明する。

図３には、アレーアンテナ１００における各アンテナ素子のＯＡＭ移相がＯＡＭ伝搬モード毎に示される。

０次のＯＡＭ伝搬モードの場合、各アンテナ素子のＯＡＭ移相は、全てゼロ、つまり、互いに位相差を与えない。そのため、アレーアンテナ１００は、同位相の平面波を出力する。

＋１次のＯＡＭ伝搬モードの場合、各アンテナ素子におけるＯＡＭ移相は、点Ｏを中心に左回りに一周して２π分移相が変化するような重み付けを行う。具体的には、アンテナ素子１−１におけるＯＡＭ移相を０とし、アンテナ素子２−１、アンテナ素子２−２、アンテナ素子１−２におけるＯＡＭ移相をそれぞれ、π／２、π、３π／２とする。

−１次のＯＡＭ伝搬モードの場合、各アンテナ素子におけるＯＡＭ移相は、点Ｏを中心に右回りに一周して２π分移相が変化するような重み付けを行う。具体的には、アンテナ素子１−１におけるＯＡＭ移相を０とし、アンテナ素子２−１、アンテナ素子２−２、アンテナ素子１−２におけるＯＡＭ移相をそれぞれ、−π／２、−π、−３π／２とする。

２次のＯＡＭ伝搬モードの場合、各アンテナ素子におけるＯＡＭ移相は、点Ｏを中心に左回りに一周して４π分移相が変化するような重み付けを行う。具体的には、アンテナ素子１−１におけるＯＡＭ移相を０とし、アンテナ素子２−１、アンテナ素子２−２、アンテナ素子１−２におけるＯＡＭ移相をそれぞれ、π、２π、３πとする。なお、２πのＯＡＭ移相の重み付けを行うということは、重み付けを行なわない（つまり、ＯＡＭ移相が０）ということと同様である。また、３πのＯＡＭ移相の重み付けを行うということは、πのＯＡＭ移相の重み付けを行うということと同様である。そのため、図３では、アンテナ素子２−２、アンテナ素子１−２におけるＯＡＭ移相をそれぞれ、０、πとする。

図１の説明に戻ると、ミキサ１４−i−ｊは、対応する重み付け部１３−i−ｊから出力される信号を、搬送波周波数帯にアップコンバートする。

増幅器１５−ｉ−ｊは、ミキサ１４−ｉ−ｊから出力される信号の電力の増幅を行い、アンテナ素子ｉ−ｊへ出力する。

アンテナ素子ｉ−ｊは、増幅器１５−ｉ−ｊから出力される信号を放射する。アレーアンテナ１００は、ＯＡＭ移相がそれぞれ重み付けされた信号が各アンテナ素子から放射されることにより、ＯＡＭ伝搬モードを有する信号を出力する。

受信装置２０は、アレーアンテナ１００、受信部２１、復調部２２を有する。受信装置２０のアレーアンテナ１００は、送信装置１０のアレーアンテナ１００と同一の構成を有し、送信装置１０から送信された信号を受信する。

受信部２１は、アンテナ素子１−１〜２−２が受信した信号に対して、増幅、ベースバンドへのダウンコンバート、ＯＡＭ伝搬モードに応じた重み付け、合成等の受信処理を行い、受信処理を行った信号を復調部２２へ出力する。受信処理が行われた信号は、各ＯＡＭ伝搬モードに対応する信号に分離（または変換）される。

受信部２１は、増幅器２３−１−１〜２３−２−２、ミキサ２４−１−１〜２３−２−２、重み付け部２５−１−１〜２５−２−２、および合成部２６−１〜２６−４を有する。

増幅器２３−ｉ−ｊ、ミキサ２４−ｉ−ｊ、および重み付け部２５−ｉ−ｊは、アンテナ素子ｉ−ｊに対応する。つまり、受信部２１は、アンテナ素子の数と同数の増幅器２３、ミキサ２４、および重み付け部２５を有する。

増幅器２３−ｉ−ｊは、アンテナ素子ｉ−ｊが受信した受信信号の電力の増幅を行い、ミキサ２４−ｉ−ｊへ出力する。

ミキサ２４−ｉ−ｊは、増幅器２３−ｉ−ｊから出力される信号を、ベースバンドにダウンコンバートし、重み付け部２５−ｉ−ｊへ出力する。

重み付け部２５−ｉ−ｊは、ミキサ２４−ｉ−ｊから出力された信号に対して、ＯＡＭ伝搬モードに応じた重み付けを行うことにより、各ＯＡＭ伝搬モードの信号成分に変換する。

図１に示すように、重み付け部２５−ｉ−ｊにおいて重み付けされるＯＡＭ移相は、送信装置１０の重み付け部１３−ｉ−ｊにおいて重み付けされるＯＡＭ移相の正負を反転させたＯＡＭ移相である。

合成部２６−１〜２６−４は、それぞれ、０次、＋１次、−１次、２次のＯＡＭ伝搬モードに対応する。合成部２６−１は、重み付け部２５−１−１〜２５−２−２から出力される０次のＯＡＭ伝搬モードの信号成分を加算することにより合成する。合成部２６−２は、重み付け部２５−１−１〜２５−２−２から出力される＋１次のＯＡＭ伝搬モードの信号成分を加算することにより合成する。合成部２６−３は、重み付け部２５−１−１〜２５−２−２から出力される−１次のＯＡＭ伝搬モードの信号成分を加算することにより合成する。合成部２６−４は、重み付け部２５−１−１〜２５−２−２から出力される２次のＯＡＭ伝搬モードの信号成分を加算することにより合成する。合成部２６−１〜２６−４は、それぞれ合成した各ＯＡＭ伝搬モードの受信信号Ｒ（０）、Ｒ（＋１）、Ｒ（−１）、Ｒ（２）を復調部２２へ出力する。

復調部２２は、送信装置１０の変調部１１と同じＯＡＭ伝搬モードと情報とを対応づけたテーブルを有する。復調部２２は、合成部２６−１〜２６−４から出力された各ＯＡＭ伝搬モードの受信信号から、受信信号のＯＡＭ伝搬モード（つまり、どのＯＡＭ伝搬モードを用いた信号を受信したか）を判定する。そして、復調部２２は、テーブル、および判定したＯＡＭ伝搬モードに基づいて、情報を復調し、復調した情報を出力する。

例えば、復調部２２は、各ＯＡＭ伝搬モードの受信信号Ｒ（０）、Ｒ（＋１）、Ｒ（−１）、Ｒ（２）のそれぞれの信号電力と所定の閾値とを比較する。そして、復調部２２は、所定の閾値より大きい信号電力を有する信号に対応するＯＡＭ伝搬モードを、受信信号のＯＡＭ伝搬モードと判定する。

次に、変調部１１における変調処理、および復調部２２における復調処理に用いられるテーブルについて、図４を参照して説明する。

図４は、本実施の形態におけるテーブルの一例を示す図である。図４に示すテーブルでは、０次のＯＡＭ伝搬モードが、２ビットのデータ「００」に対応付けて割り当てられる。同様に、＋１次、−１次、２次のＯＡＭ伝搬モードが、それぞれ、２ビットのデータ「０１」、「１０」、「１１」に対応付けて割り当てられる。

次に、図４に示したテーブルに基づく、変調部１１の変調処理、復調部２２の復調処理について説明する。

送信装置１０の変調部１１、および受信装置２０の復調部２２は、同一のテーブルを有する。

変調部１１は、入力される２ビットのデータ、および図４に示すテーブルに基づいて、使用するＯＡＭ伝搬モードを選択する。例えば、変調部１１は、入力される２ビットのデータが「００」の場合、図４に示すように、０次のＯＡＭ伝搬モードを選択する。変調部１１は、０次のＯＡＭ伝搬モードに対応する接続端子Ｔ（０）から既知の信号を出力する。そして、送信部１２は、０次のＯＡＭ伝搬モードを使用して既知の信号を送信する。

復調部２２は、受信信号のＯＡＭ伝搬モードを判定し、図４に示すテーブルを参照して、データを復調する。例えば、復調部２２は、受信信号のＯＡＭ伝搬モードが０次のＯＡＭ伝搬モードである場合、「００」の２ビットのデータを出力する。

次に、入力されるビットの列（データ系列）に対するＯＡＭ伝搬モードの選択について、図５を参照して説明する。

図５は、本実施の形態におけるＯＡＭ伝搬モードの選択順の一例を示す図である。図５には、入力されるデータ系列と、データ系列に対して選択されるＯＡＭ伝搬モードがシンボル間隔Ｔｓ毎に示される。変調部１１は、入力されるデータ系列の２ビット毎に、ＯＡＭ伝搬モードを選択し、選択したＯＡＭ伝搬モードの信号をＴｓ毎に出力する。

なお、図４では、１つのＯＡＭ伝搬モードと２ビットのデータとが、対応づけられたテーブルを示したが、本開示はこれに限定されない。テーブルの別の一例について、図６を参照して説明する。

図６は、本実施の形態におけるテーブルの別の一例を示す図である。図６に示すテーブルでは、０次および＋１次のＯＡＭ伝搬モードが、２ビットのデータ「００」に対応付けて割り当てられる。同様に、２ビットのデータ「０１」、「１０」、「１１」それぞれに対応付けられて、＋１次および−１次、−１次および２次、２次および０次のＯＡＭ伝搬モードが割り当てられる。

変調部１１は、図６に示すテーブルを参照して変調処理を行う場合、２つのＯＡＭ伝搬モードを選択する。例えば、変調部１１は、入力される２ビットのデータが「００」の場合、０次および＋１次のＯＡＭ伝搬モードを選択する。そして、変調部１１は、０次および＋１次のＯＡＭ伝搬モードに対応するそれぞれの接続端子Ｔ（０）、Ｔ（＋１）から既知の信号を出力する。

この場合、変調部１１が２つの接続端子から出力する既知の信号は、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、変調部１１が２つ以上のＯＡＭ伝搬モードを選択する場合、重み付け部１３は、図示しない加算部において、重み付けを行った後の信号を加算して合成し、合成した信号を対応するミキサ１４へ出力する。

復調部２２は、受信信号に含まれる２つのＯＡＭ伝搬モードを判定し、データを復調する。例えば、復調部２２は、受信した信号のＯＡＭ伝搬モードが０次および＋１次のＯＡＭ伝搬モードである場合、「００」の２ビットのデータを出力する。

以上説明した本実施の形態において、送信装置１０は、送信する情報に基づいて、複数のＯＡＭ伝搬モードのいずれか少なくとも１つのＯＡＭ伝搬モードを選択し、選択された少なくとも１つのＯＡＭ伝搬モードの信号を送信する構成を有する。また、受信装置２０は、受信信号のＯＡＭ伝搬モードに応じて、情報の復調を行う構成を有する。この構成により、複数のＯＡＭ伝搬モードを有する無線信号によって通信を行うシステムにおいて、簡易な構成でＯＡＭ伝搬モードを用いた変調／復調を行うことができる。

また、ＯＡＭ伝搬モードの信号が互いに直交するため、送信側が送信したＯＡＭ伝搬モードを受信側が誤って判定する可能性は低い。そのため、復調時の誤りを低減することができる。

なお、本実施の形態では、変調部１１が入力される情報がビットのデータである場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。変調部１１が、入力される情報に応じて、ＯＡＭ伝搬モードを選択する構成であればよい。

また、本実施の形態では、４つのＯＡＭ伝搬モードの信号を送信する構成として説明したが、本開示はこれに限定されない。３つ以下、または５つ以上のＯＡＭ伝搬モードの信号を送信する構成であってもよい。送信できるＯＡＭ伝搬モードが増加すれば、変調の多値化を実現できる。例えば、送信装置が８つのＯＡＭ伝搬モードを送信する構成を有する場合、１シンボル区間で３ビットのデータを送信できる。

（実施の形態２）
上記の実施の形態１では、入力される情報とＯＡＭ伝搬モードとを対応づけたテーブルに基づいて、ＯＡＭ伝搬モードを選択して変調／復調を行う構成について説明した。本実施の形態２では、複数のＯＡＭ伝搬モードの順を示す拡散パターンを用いて１シンボル分のデータ信号を拡散する二次変調／復調する構成について説明する。

本実施の形態２に係るＯＡＭ伝送システムは、図１に示したＯＡＭ伝送システムと同様である。本実施の形態２に係るＯＡＭ伝送システムでは、主に、送信装置１０の変調部１１、および受信装置１０の復調部２２の処理が実施の形態１と異なる。以下、本実施の形態２に係る変調部１１および復調部２２の処理について、図７を参照して説明する。

図７は、本実施の形態におけるＯＡＭ伝搬モードの選択順の一例を示す図である。図７には、Ｓ１〜Ｓ３の送信シンボルと、送信シンボルを送信するＯＡＭ伝搬モードの選択順が示される。図７の拡散パターンは、０次、＋１次、−１次、２次の４つの選択順を示す拡散パターンである。

変調部１１は、ベースバンド変調器（図示せず）から入力される送信シンボルをモード間隔Ｔｍ（＝（１／４）Ｔｓ）毎に時間軸上で分割する。変調部１１は、拡散パターンが示す選択順に基づいて、分割した送信シンボルそれぞれを各接続端子から出力する。

そして、変調部１１は、拡散パターンが示す選択順によって選択されないＯＡＭ伝搬モードの出力端子から送受信間で既知のダミー信号を出力する。既知のダミー信号は、分割した送信シンボルと異なる信号であり、分割した送信シンボルの電力と同等の電力を有する。

送信部１２は、変調部１１から出力される分割した送信シンボルまたはダミー信号をそれぞれ対応するＯＡＭ伝搬モードを用いて送信する。

受信装置２０の受信部２１は、受信した信号から各ＯＡＭ伝搬モードの受信信号に変換（分離）し、復調部２２へ出力する。

復調部２２は、変調部１１が有する拡散パターンと同じ拡散パターンを有する。復調部２２は、拡散パターンが示す順に従って、復調部２２から出力される各ＯＡＭ伝搬モードの信号の中から、受信シンボルを結合し、結合した受信シンボルを外部のベースバンド復調器（図示せず）へ出力する。

一例として、送信装置１０が送信シンボルＳ２を送信する場合の送受信間の処理について説明する。

変調部１１は、送信シンボルＳ２をＴｍ毎に時間軸上で分割する。以下では、分割した送信シンボルを、順に、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４とする。

変調部１１は、Ｔｍ１区間で、０次のＯＡＭ伝搬モードに対応する接続端子Ｔ（０）に、分割した送信シンボルＳ２１を出力し、＋１次、−１次、２次のＯＡＭ伝搬モードにそれぞれ対応する接続端子Ｔ（＋１）、Ｔ（−１）、Ｔ（２）へ、ダミー信号を送信する。送信部１２は、変調部１１からの出力に基づき、Ｔｍ１区間で、０次のＯＡＭ伝搬モードを用いて、分割した送信シンボルＳ２１を送信し、＋１次、−１次、２次のＯＡＭ伝搬モードを用いて、ダミー信号を送信する。

同様に、送信部１２は、Ｔｍ２区間で、＋１次のＯＡＭ伝搬モードを用いて、分割した送信シンボルＳ２２を送信し、０次、−１次、２次のＯＡＭ伝搬モードを用いて、ダミー信号を送信する。送信部１２は、Ｔｍ３区間で、−１次のＯＡＭ伝搬モードを用いて、分割した送信シンボルＳ２３を送信し、０次、−１次、２次のＯＡＭ伝搬モードを用いて、ダミー信号を送信する。同送信部１２は、Ｔｍ４区間で、２次のＯＡＭ伝搬モードを用いて、分割した送信シンボルＳ２４を送信し、０次、＋１次、−１次のＯＡＭ伝搬モードを用いて、ダミー信号を送信する。

受信部２１は、Ｔｍ区間毎に送信された信号に対する受信処理を行い、受信した信号から各ＯＡＭ伝搬モードの受信信号に分離する。受信部２１は、分離した各ＯＡＭ伝搬モードの受信信号を復調部２２へ出力する。

復調部２２は、Ｔｍ１区間に対応する区間において、０次のＯＡＭ伝搬モードの受信信号Ｒ（０）を抽出する。その際、復調部２２は、＋１次、−１次、２次のＯＡＭ伝搬モードの受信信号を破棄する。同様に、復調部２２は、Ｔｍ２、Ｔｍ３、Ｔｍ４区間にそれぞれ対応する区間において、＋１次、−１次、２次のＯＡＭ伝搬モードの受信信号Ｒ（＋１）、Ｒ（−１）、Ｒ（２）を抽出する。復調部２２は、拡散パターン１周期分、つまり、１シンボル分に相当するＯＡＭ伝搬モードの受信信号を抽出した後、抽出した信号を結合し受信シンボルを復調し、出力する。

以上説明した本実施の形態によると、送信装置の通信相手とは異なる受信装置は、拡散パターンについて未知であるため、送信装置が送信した信号を傍受することができない。また、送信装置が拡散パターンによって選択されないＯＡＭ伝搬モードを用いてダミー信号を送信するため、送信装置の通信相手とは異なる受信装置は、各ＯＡＭ伝搬モード間の信号強度により送信信号の推定を行うことができない。そのため、帯域の拡散等を行うことなく、互いに拡散パターンを共有する送信装置と受信装置との間の通信の秘匿性を向上させることができる。

なお、本実施の形態における送信装置は、４つのＯＡＭ伝搬モードの信号を送信する構成として説明したが、本開示はこれに限定されない。３つ以下、または５つ以上のＯＡＭ伝搬モードの信号を送信する構成であってもよい。送信できるＯＡＭ伝搬モードが増加すれば、ＯＡＭ伝搬モードの選択するパターンを複雑にできるため、秘匿性をより向上させることができる。

また、本実施の形態では、１シンボル間隔Ｔｓ＝４Ｔｍとし、１シンボル間隔内で、モード間隔Ｔｍ毎に、１つのＯＡＭ伝搬モードを４回選択する拡散パターンについて説明したが、本開示はこれに限定されない。モード間隔Ｔｍ毎に、２つ以上のＯＡＭ伝搬モードを選択する拡散パターンであってもよい。また、拡散パターンの長さ、つまり、１シンボル間隔内でのＯＡＭ伝搬モードの選択数は、３以下であっても、５以上であってもよい。１つのＯＡＭ伝搬モードを１シンボル間隔内で複数回選択する拡散パターンであってもよい。

なお、上記の各実施の形態では、送信装置が２×２の正方配置のアレーアンテナを有する構成について説明したが、本開示はこれに限定されない。送信装置は、複数のＯＡＭ伝搬モードの信号を送信する構成であればよい。例えば、送信装置は、アンテナ素子が円形に配置された円形アレーアンテナを用いて複数のＯＡＭ伝搬モードの信号を送信する構成であってもよい。あるいは、送信装置は、複数のＯＡＭ伝搬モードそれぞれに対応する送信アンテナを備え、変調部によって選択されたＯＡＭ伝搬モードに対応する送信アンテナから信号を出力する構成であってもよい。受信装置においても、同様である。

また、上記の実施の形態では、本開示をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本開示はハードウェアとの連携においてソフトウェアでも実現することも可能である。

また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）又は、ＬＳＩ内部の回路セルの接続若しくは設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。

さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。

本開示は、複数のＯＡＭ伝搬モードを用いて通信を行う無線通信装置、無線通信方法に有用である。

１−１、１−２、２−１、２−２ アンテナ素子
１０ 送信装置
１１ 変調部
１２ 送信部
１３、２５ 重み付け部
１４、２４ ミキサ
１５、２３ 増幅器
２０ 受信装置
２１ 受信部
２２ 復調部
２６ 合成部
１００ アレーアンテナ

Claims (9)

1. 送信するビットデータの値に応じて、Ｎ個（Ｎは３以上の整数）のＯＡＭ（orbital angular momentum）伝搬モードの中からＫ個（Ｋは、２以上Ｎ未満の整数）のＯＡＭ伝搬モードを選択する変調部と、
   前記変調部によって選択された前記Ｋ個のＯＡＭ伝搬モードの信号を送信する送信部と、
   を有する送信装置。
2. 前記変調部は、前記ビットデータの値と前記Ｎ個のＯＡＭ伝搬モードのいずれかＫ個とが対応づけられたテーブルに基づいて、前記Ｋ個のＯＡＭ伝搬モードを選択する、
   請求項１に記載の送信装置。
3. Ｎ個（Ｎは３以上の整数）のＯＡＭ（orbital angular momentum）伝搬モードの中から選択されたＫ個（Ｋは、２以上Ｎ未満の整数）のＯＡＭ伝搬モードの信号を受信する受信部と、
   前記受信した信号の前記Ｋ個のＯＡＭ伝搬モードに応じて、ビットデータの値を出力する復調部と、
   を有する受信装置。
4. Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のＯＡＭ（orbital angular momentum）伝搬モードのそれぞれを順にＫ回（Ｋは、１以上の整数）選択する選択順を示すパターンに基づいて、ＯＡＭ伝搬モードを選択する変調部と、
   Ｋ個のモード間隔からなる１シンボル間隔において、前記変調部が選択した順に、ＯＡＭ伝搬モードの信号を送信する送信部と、
   を有する送信装置。
5. 前記送信部は、前記１シンボル間隔において、１シンボル分のデータ信号をＫ個に分割した信号それぞれを、前記変調部が選択した順のＯＡＭ伝搬モードを用いて送信する、
   請求項４に記載の送信装置。
6. 前記送信部は、前記変調部が選択しないＯＡＭ伝搬モードを用いて、ダミー信号を送信する、
   請求項４または５に記載の送信装置。
7. Ｋ個（Ｋは、１以上の整数）のモード間隔分のＯＡＭ伝搬モードの信号を受信する受信部と、
   Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のＯＡＭ（orbital angular momentum）伝搬モードのいずれか少なくとも１つを順にＫ回選択する選択順を示すパターンに基づいて、前記受信した信号からシンボルを復調する復調部と、
   を有する受信装置。
8. 送信するビットデータの値に応じて、Ｎ個（Ｎは３以上の整数）のＯＡＭ（orbital angular momentum）伝搬モードの中からＫ個（Ｋは、２以上Ｎ未満の整数）のＯＡＭ伝搬モードを選択し、
   前記選択された前記Ｋ個のＯＡＭ伝搬モードの信号を送信し、
   前記Ｎ個のＯＡＭ伝搬モードの中から前記選択された前記Ｋ個のＯＡＭ伝搬モードの信号を受信し、
   前記受信した信号の前記Ｋ個のＯＡＭ伝搬モードに応じて、ビットデータの値を出力する、
   通信方法。
9. Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のＯＡＭ（orbital angular momentum）伝搬モードのそれぞれを順にＫ回（Ｋは、１以上の整数）選択する選択順を示すパターンに基づいて、ＯＡＭ伝搬モードを選択し、
   Ｋ個のモード間隔からなる１シンボル間隔において、前記選択した順に、ＯＡＭ伝搬モードの信号を送信し、
   前記Ｋ個のモード間隔分のＯＡＭ伝搬モードの信号を受信し、
   前記パターンに基づいて、前記受信した信号からシンボルを復調する、
   通信方法。
   

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