JP6988903B2 - Oam多重通信システムおよびoam多重通信方法 - Google Patents
Oam多重通信システムおよびoam多重通信方法 Download PDFInfo
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Description
図8において、送信側におけるOAMモード0,1,2,3,…の信号は、UCAの各アンテナ素子(●で示す)の位相差により生成される。すなわち、OAMモードnの信号は、UCAの位相がn回転(n×360 度)になるように各アンテナ素子の位相を設定して生成する。例えば、8個のアンテナ素子で構成されるUCAは、OAMモード2の信号を生成する場合に、図8(3) に示すように位相が2回転するように、各アンテナ素子に反時計回りに90度の位相差を設定する。なお、OAMモードnの信号に対して位相の回転方向を逆にした信号をOAMモード−nとする。例えば、正のOAMモードの信号の位相の回転方向を反時計回りとし、負のOAMモードの信号の位相の回転方向を時計回りとする。
図9(1),(2) において、送信側から伝搬方向に直交する端面(以下、伝搬直交平面と称する。)で見た、OAMモード1とOAMモード2の信号の位相分布を矢印で表す。矢印の始めは0度であり、位相が線形に変化して矢印の終わりは 360度である。すなわち、OAMモードnの信号は、伝搬直交平面において、位相がn回転(n×360 度)しながら伝搬する。
図10において、受信側では、UCAの各アンテナ素子の位相を、送信側のアンテナ素子の位相と逆方向になるように設定し、各OAMモードの信号を分離する。すなわち、各アンテナ素子の位相は、図8の場合と逆方向に回転するように設定し、例えばOAMモード2の信号を分離する場合は、位相が2回転するように、各アンテナ素子に時計回りに90度の位相差を設定する。
平面アレーアンテナ等を用いる多重伝送技術(以下、従来MIMO(multi input multi output)技術と称する。) の場合、多重伝送するすべての伝送がOAMモード0に相当する特性を持つ。よって、従来MIMO技術は、OAM多重伝送技術の課題であった高次モードになるほど受信電力が弱くなる課題はないが、すべての多重信号の分離処理を行うために、デジタル信号処理量が多重数の増加に伴い増える課題1がある。この分離処理を、従来のZF(zero forcing)やMMSE(minimum mean square error) 等化処理により行う場合、必要となる信号処理量は多重数の3乗に比例して増える。そのため、送受信局の機能制限により使える信号処理量に制限がある場合、例えば1秒当たりに計算可能な計算の数等の制限がある場合には、多重数の制限が生じることになる。
OAM多重伝送技術は、各OAMモードが直交であるため、各OAMモードの信号分離に要するデジタル信号処理量は小さい利点があるものの、OAMモードに応じて受信電力のバラツキがあり、特に高次OAMモードの受信電力が低下する課題2がある。
OAM多重伝送技術および従来MIMO技術では、伝送距離の増加に伴い受信電力が低下する。受信電力の低下時に、受信側の所望の受信電力値を満たすために、送信する多重の数を減らす必要が生じる。例えば、伝送距離が0mから40mまでは、多重数を12で所望の受信電力を満たしたとしても、伝送距離が40mから70mまでになると、多重数を8に減らす必要が生じ、さらに伝送距離が70mから 100mになると、多重数を4に減らす必要が生じるような場合がある。このように、伝送距離の増加による多重数の低下により、伝送容量が減少する課題3がある。
一方、複数のUCAを同心で配置したM(Multi) −UCAを用い、極座標系における円周方向の次元で直交性を有するOAMモードに加えて、OAMモード毎に直径方向の次元で1つ以上の固有モードを算出・運用する方法も検討されている。
第6の発明は、複数のアンテナ素子を円形に等間隔に配置したUCAを、同心円状に配置した複数のUCAからなるM−UCAを送信局と受信局に備え、送信局の各UCAでそれぞれ複数のOAMモードの信号を生成して送信し、受信局の各UCAでそれぞれ複数のOAMモードの信号を受信して分離し、UCA数×OAMモード数のストリームを空間多重伝送するOAM多重通信方法において、送信局は、M−UCAの複数のUCAからそれぞれ複数のOAMモードで送信するUCA数×OAMモード数のストリームを生成する信号処理ステップを有し、受信局は、M−UCAの複数のUCAでそれぞれ分離される複数のOAMモードの信号を入力し、同一OAMモードの信号からストリームごとに分離する信号処理ステップを有し、送信局および受信局のM−UCAの各UCAは、2つの偏波の信号を互いに独立に送受信し、送信局および受信局の信号処理ステップは、2つの偏波に対応するストリームを生成および分離し、送信局の信号処理ステップは、1ビット目の0,1に応じて後続ビットを送信する2つの偏波を選択する空間変調Bを行い、後続ビットを選択された一方の偏波で送信するストリームを生成し、受信局の信号処理ステップは、OAMモードごとに2つの偏波の信号から複数のUCAに対応するストリームを分離し、空間変調Bに用いた1ビット目を付加してストリームごとに復調する。
第7の発明は、複数のアンテナ素子を円形に等間隔に配置したUCAを、同心円状に配置した複数のUCAからなるM−UCAを送信局と受信局に備え、送信局の各UCAでそれぞれ複数のOAMモードの信号を生成して送信し、受信局の各UCAでそれぞれ複数のOAMモードの信号を受信して分離し、UCA数×OAMモード数のストリームを空間多重伝送するOAM多重通信方法において、送信局は、M−UCAの複数のUCAからそれぞれ複数のOAMモードで送信するUCA数×OAMモード数のストリームを生成する信号処理ステップを有し、受信局は、M−UCAの複数のUCAでそれぞれ分離される複数のOAMモードの信号を入力し、同一OAMモードの信号からストリームごとに分離する信号処理ステップを有し、送信局および受信局のM−UCAの各UCAは、2つの偏波の信号を互いに独立に送受信し、送信局および受信局の信号処理ステップは、2つの偏波に対応するストリームを生成および分離し、送信局の信号処理ステップは、1,2ビット目の00,01,10,11に応じて後続ビットを送信する対となるOAMモードと2つの偏波を選択する空間変調Cを行い、後続ビットを選択された一方のOAMモードと偏波で送信するストリームを生成し、受信局の信号処理ステップは、対となるOAMモードおよび2つの偏波の信号から複数のUCAに対応するストリームを分離し、空間変調Cに用いた1,2ビット目を付加してストリームごとに復調する。
第8の発明は、複数のアンテナ素子を円形に等間隔に配置したUCAを、同心円状に配置した複数のUCAからなるM−UCAを送信局と受信局に備え、送信局の各UCAでそれぞれ複数のOAMモードの信号を生成して送信し、受信局の各UCAでそれぞれ複数のOAMモードの信号を受信して分離し、UCA数×OAMモード数のストリームを空間多重伝送するOAM多重通信方法において、送信局は、M−UCAの複数のUCAからそれぞれ複数のOAMモードで送信するUCA数×OAMモード数のストリームを生成する信号処理ステップを有し、受信局は、M−UCAの複数のUCAでそれぞれ分離される複数のOAMモードの信号を入力し、同一OAMモードの信号からストリームごとに分離する信号処理ステップを有し、送信局および受信局のM−UCAの各UCAは、2つの偏波の信号を互いに独立に送受信し、送信局および受信局の信号処理ステップは、2つの偏波に対応するストリームを生成および分離し、送信局および受信局の信号処理ステップは、送信局と受信局との距離の増加に応じて、1ビット目の0,1に応じて後続ビットを送信する対となるOAMモードの一方を選択する空間変調A、または1ビット目の0,1に応じて後続ビットを送信する2つの偏波を選択する空間変調B、または1,2ビット目の00,01,10,11に応じて後続ビットを送信する対となるOAMモードと2つの偏波を選択する空間変調Cを用いて、空間多重伝送するストリーム数を削減する。
図1において、M−UCAは、同心円状に複数のUCAを配置した構成である。ここでは、互いに半径が異なる4つのUCAを配置した構成を示し、内側のUCAから順番に、UCA1,UCA2,UCA3,UCA4とする。各UCAは16素子のアンテナ素子(図中、●で示す)を備える例を示すが、各UCAのアンテナ素子数は必ずしも同数である必要はない。
図4は、12ストリームによる空間多重伝送例を示す。
ここでは、UCA1〜UCA4と、OAMモード0,1,−1を用いる。
図5は、8ストリームによる空間多重伝送例を示す。
ここでは、UCA1〜UCA4と、OAMモード0,1,−1を用いる。さらに、2ビットを1ストリームで伝送する空間変調Aを用いる。空間変調Aとは、1ビット目の信号0,1に、2ビット目の信号を送信するOAMモードを以下のように対応付ける。
0:OAMモード1
1:OAMモード−1
なお、本発明で用いる「空間変調」は、モード変調、OAMモード変調、インデックス変調、もしくはOAMインデックス変調と言ってよい。
さらに、9ビット目以降も同様であり、5ビット目から12ビット目まで2ビットずつストリーム5〜8として生成することができる。
図6は、6ストリームによる空間多重伝送例を示す。
ここでは、UCA1〜UCA3と、OAMモード0,1と、偏波多重を用いる。さらに、偏波多重により2ビットを1ストリームで伝送する空間変調Bを用いる。空間変調Bとは、1ビット目の信号0,1に、2ビット目の信号を送信する偏波を以下のように対応付ける。
0:V偏波
1:H偏波
これにより、信号(01)を空間変調すると、V偏波で信号1、H偏波で無信号を送信する。信号(11)を空間変調すると、V偏波で無信号、H偏波で信号1を送信する。
図7は、4ストリームによる空間多重伝送例を示す。
ここでは、UCA1〜UCA4と、OAMモード1,−1と、偏波多重を用いる。さらに、OAMモードと偏波多重により3ビットを1ストリームで伝送する空間変調Cを用いる。空間変調Cとは、1,2ビット目の信号00,01,10,11に、3ビット目の信号を送信するOAMモードと偏波を以下のように対応付ける。
00:OAMモード1およびV偏波
01:OAMモード1およびH偏波
10:OAMモード−1およびV偏波
11:OAMモード−1およびH偏波
これにより、信号(001)を空間変調すると、OAMモード1のV偏波で信号1、OAMモード1のH偏波で無信号、OAMモード−1のV/H偏波で無信号を送信する。
12 OAMモード生成処理部
21 OAMモード分離処理部
22 信号処理部
Claims (8)
- 複数のアンテナ素子を円形に等間隔に配置した等間隔円形アレーアンテナ(以下、UCA)を、同心円状に配置した複数のUCAからなるM−UCAを送信局と受信局に備え、送信局の各UCAでそれぞれ複数のOAMモードの信号を生成して送信し、受信局の各UCAでそれぞれ複数のOAMモードの信号を受信して分離し、UCA数×OAMモード数のストリームを空間多重伝送するOAM多重通信システムにおいて、
前記送信局は、前記M−UCAの複数のUCAからそれぞれ複数のOAMモードで送信するUCA数×OAMモード数のストリームを生成する信号処理手段を備え、
前記受信局は、前記M−UCAの複数のUCAでそれぞれ分離される複数のOAMモードの信号を入力し、同一OAMモードの信号から前記ストリームごとに分離する信号処理手段を備え、
前記送信局の信号処理手段は、1ビット目の0,1に応じて後続ビットを送信する対となるOAMモードの一方を選択する空間変調Aを行い、後続ビットを選択された一方のOAMモードで送信するストリームを生成する構成であり、
前記受信局の信号処理手段は、前記対となるOAMモードの信号から前記複数のUCAに対応するストリームを分離し、前記空間変調Aに用いた前記1ビット目を付加して前記ストリームごとに復調する構成である
ことを特徴とするOAM多重通信システム。 - 複数のアンテナ素子を円形に等間隔に配置した等間隔円形アレーアンテナ(以下、UCA)を、同心円状に配置した複数のUCAからなるM−UCAを送信局と受信局に備え、送信局の各UCAでそれぞれ複数のOAMモードの信号を生成して送信し、受信局の各UCAでそれぞれ複数のOAMモードの信号を受信して分離し、UCA数×OAMモード数のストリームを空間多重伝送するOAM多重通信システムにおいて、
前記送信局は、前記M−UCAの複数のUCAからそれぞれ複数のOAMモードで送信するUCA数×OAMモード数のストリームを生成する信号処理手段を備え、
前記受信局は、前記M−UCAの複数のUCAでそれぞれ分離される複数のOAMモードの信号を入力し、同一OAMモードの信号から前記ストリームごとに分離する信号処理手段を備え、
前記送信局および前記受信局のM−UCAの各UCAは、2つの偏波の信号を互いに独立に送受信する構成であり、
前記送信局および前記受信局の信号処理手段は、前記2つの偏波に対応するストリームを生成および分離する構成であり、
前記送信局の信号処理手段は、1ビット目の0,1に応じて後続ビットを送信する前記2つの偏波を選択する空間変調Bを行い、後続ビットを選択された一方の偏波で送信するストリームを生成する構成であり、
前記受信局の信号処理手段は、OAMモードごとに前記2つの偏波の信号から前記複数のUCAに対応するストリームを分離し、前記空間変調Bに用いた前記1ビット目を付加して前記ストリームごとに復調する構成である
ことを特徴とするOAM多重通信システム。 - 複数のアンテナ素子を円形に等間隔に配置した等間隔円形アレーアンテナ(以下、UCA)を、同心円状に配置した複数のUCAからなるM−UCAを送信局と受信局に備え、送信局の各UCAでそれぞれ複数のOAMモードの信号を生成して送信し、受信局の各UCAでそれぞれ複数のOAMモードの信号を受信して分離し、UCA数×OAMモード数のストリームを空間多重伝送するOAM多重通信システムにおいて、
前記送信局は、前記M−UCAの複数のUCAからそれぞれ複数のOAMモードで送信するUCA数×OAMモード数のストリームを生成する信号処理手段を備え、
前記受信局は、前記M−UCAの複数のUCAでそれぞれ分離される複数のOAMモードの信号を入力し、同一OAMモードの信号から前記ストリームごとに分離する信号処理手段を備え、
前記送信局および前記受信局のM−UCAの各UCAは、2つの偏波の信号を互いに独立に送受信する構成であり、
前記送信局および前記受信局の信号処理手段は、前記2つの偏波に対応するストリームを生成および分離する構成であり、
前記送信局の信号処理手段は、1,2ビット目の00,01,10,11に応じて後続ビットを送信する対となるOAMモードと前記2つの偏波を選択する空間変調Cを行い、後続ビットを選択された一方のOAMモードと偏波で送信するストリームを生成する構成であり、
前記受信局の信号処理手段は、前記対となるOAMモードおよび前記2つの偏波の信号から前記複数のUCAに対応するストリームを分離し、前記空間変調Cに用いた前記1,2ビット目を付加して前記ストリームごとに復調する構成である
ことを特徴とするOAM多重通信システム。 - 複数のアンテナ素子を円形に等間隔に配置した等間隔円形アレーアンテナ(以下、UCA)を、同心円状に配置した複数のUCAからなるM−UCAを送信局と受信局に備え、送信局の各UCAでそれぞれ複数のOAMモードの信号を生成して送信し、受信局の各UCAでそれぞれ複数のOAMモードの信号を受信して分離し、UCA数×OAMモード数のストリームを空間多重伝送するOAM多重通信システムにおいて、
前記送信局は、前記M−UCAの複数のUCAからそれぞれ複数のOAMモードで送信するUCA数×OAMモード数のストリームを生成する信号処理手段を備え、
前記受信局は、前記M−UCAの複数のUCAでそれぞれ分離される複数のOAMモードの信号を入力し、同一OAMモードの信号から前記ストリームごとに分離する信号処理手段を備え、
前記送信局および前記受信局のM−UCAの各UCAは、2つの偏波の信号を互いに独立に送受信する構成であり、
前記送信局および前記受信局の信号処理手段は、前記2つの偏波に対応するストリームを生成および分離する構成であり、
前記送信局および前記受信局の信号処理手段は、前記送信局と前記受信局との距離の増加に応じて、1ビット目の0,1に応じて後続ビットを送信する対となるOAMモードの一方を選択する空間変調A、または1ビット目の0,1に応じて後続ビットを送信する前記2つの偏波を選択する空間変調B、または1,2ビット目の00,01,10,11に応じて後続ビットを送信する対となるOAMモードと前記2つの偏波を選択する空間変調Cを用いて、前記空間多重伝送するストリーム数を削減する構成である
ことを特徴とするOAM多重通信システム。 - 複数のアンテナ素子を円形に等間隔に配置した等間隔円形アレーアンテナ(以下、UCA)を、同心円状に配置した複数のUCAからなるM−UCAを送信局と受信局に備え、送信局の各UCAでそれぞれ複数のOAMモードの信号を生成して送信し、受信局の各UCAでそれぞれ複数のOAMモードの信号を受信して分離し、UCA数×OAMモード数のストリームを空間多重伝送するOAM多重通信方法において、
前記送信局は、前記M−UCAの複数のUCAからそれぞれ複数のOAMモードで送信するUCA数×OAMモード数のストリームを生成する信号処理ステップを有し、
前記受信局は、前記M−UCAの複数のUCAでそれぞれ分離される複数のOAMモードの信号を入力し、同一OAMモードの信号から前記ストリームごとに分離する信号処理ステップを有し、
前記送信局の信号処理ステップは、1ビット目の0,1に応じて後続ビットを送信する対となるOAMモードの一方を選択する空間変調Aを行い、後続ビットを選択された一方のOAMモードで送信するストリームを生成し、
前記受信局の信号処理ステップは、前記対となるOAMモードの信号から前記複数のUCAに対応するストリームを分離し、前記空間変調Aに用いた前記1ビット目を付加して前記ストリームごとに復調する
ことを特徴とするOAM多重通信方法。 - 複数のアンテナ素子を円形に等間隔に配置した等間隔円形アレーアンテナ(以下、UCA)を、同心円状に配置した複数のUCAからなるM−UCAを送信局と受信局に備え、送信局の各UCAでそれぞれ複数のOAMモードの信号を生成して送信し、受信局の各UCAでそれぞれ複数のOAMモードの信号を受信して分離し、UCA数×OAMモード数のストリームを空間多重伝送するOAM多重通信方法において、
前記送信局は、前記M−UCAの複数のUCAからそれぞれ複数のOAMモードで送信するUCA数×OAMモード数のストリームを生成する信号処理ステップを有し、
前記受信局は、前記M−UCAの複数のUCAでそれぞれ分離される複数のOAMモードの信号を入力し、同一OAMモードの信号から前記ストリームごとに分離する信号処理ステップを有し、
前記送信局および前記受信局のM−UCAの各UCAは、2つの偏波の信号を互いに独立に送受信し、
前記送信局および前記受信局の信号処理ステップは、前記2つの偏波に対応するストリームを生成および分離し、
前記送信局の信号処理ステップは、1ビット目の0,1に応じて後続ビットを送信する前記2つの偏波を選択する空間変調Bを行い、後続ビットを選択された一方の偏波で送信するストリームを生成し、
前記受信局の信号処理ステップは、OAMモードごとに前記2つの偏波の信号から前記複数のUCAに対応するストリームを分離し、前記空間変調Bに用いた前記1ビット目を付加して前記ストリームごとに復調する
ことを特徴とするOAM多重通信方法。 - 複数のアンテナ素子を円形に等間隔に配置した等間隔円形アレーアンテナ(以下、UCA)を、同心円状に配置した複数のUCAからなるM−UCAを送信局と受信局に備え、送信局の各UCAでそれぞれ複数のOAMモードの信号を生成して送信し、受信局の各UCAでそれぞれ複数のOAMモードの信号を受信して分離し、UCA数×OAMモード数のストリームを空間多重伝送するOAM多重通信方法において、
前記送信局は、前記M−UCAの複数のUCAからそれぞれ複数のOAMモードで送信するUCA数×OAMモード数のストリームを生成する信号処理ステップを有し、
前記受信局は、前記M−UCAの複数のUCAでそれぞれ分離される複数のOAMモードの信号を入力し、同一OAMモードの信号から前記ストリームごとに分離する信号処理ステップを有し、
前記送信局および前記受信局のM−UCAの各UCAは、2つの偏波の信号を互いに独立に送受信し、
前記送信局および前記受信局の信号処理ステップは、前記2つの偏波に対応するストリームを生成および分離し、
前記送信局の信号処理ステップは、1,2ビット目の00,01,10,11に応じて後続ビットを送信する対となるOAMモードと前記2つの偏波を選択する空間変調Cを行い、後続ビットを選択された一方のOAMモードと偏波で送信するストリームを生成し、 前記受信局の信号処理ステップは、前記対となるOAMモードおよび前記2つの偏波の信号から前記複数のUCAに対応するストリームを分離し、前記空間変調Cに用いた前記1,2ビット目を付加して前記ストリームごとに復調する
ことを特徴とするOAM多重通信方法。 - 複数のアンテナ素子を円形に等間隔に配置した等間隔円形アレーアンテナ(以下、UCA)を、同心円状に配置した複数のUCAからなるM−UCAを送信局と受信局に備え、送信局の各UCAでそれぞれ複数のOAMモードの信号を生成して送信し、受信局の各UCAでそれぞれ複数のOAMモードの信号を受信して分離し、UCA数×OAMモード数のストリームを空間多重伝送するOAM多重通信方法において、
前記送信局は、前記M−UCAの複数のUCAからそれぞれ複数のOAMモードで送信するUCA数×OAMモード数のストリームを生成する信号処理ステップを有し、
前記受信局は、前記M−UCAの複数のUCAでそれぞれ分離される複数のOAMモードの信号を入力し、同一OAMモードの信号から前記ストリームごとに分離する信号処理ステップを有し、
前記送信局および前記受信局のM−UCAの各UCAは、2つの偏波の信号を互いに独立に送受信し、
前記送信局および前記受信局の信号処理ステップは、前記2つの偏波に対応するストリームを生成および分離し、
前記送信局および前記受信局の信号処理ステップは、前記送信局と前記受信局との距離の増加に応じて、1ビット目の0,1に応じて後続ビットを送信する対となるOAMモードの一方を選択する空間変調A、または1ビット目の0,1に応じて後続ビットを送信する前記2つの偏波を選択する空間変調B、または1,2ビット目の00,01,10,11に応じて後続ビットを送信する対となるOAMモードと前記2つの偏波を選択する空間変調Cを用いて、前記空間多重伝送するストリーム数を削減する
ことを特徴とするOAM多重通信方法。
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