JP6996562B2 - Oam多重通信システムおよびモード間干渉除去方法 - Google Patents
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Description
図9において、送信局および受信局のアンテナは、それぞれアンテナ素子をL素子備えるUCAである。説明を簡略化するために、送信局と受信局が備えるUCAのアンテナ素子数と空間多重数は同一(L多重)とする。
図1において、M(Multi)-UCAは、複数のUCAを同心円状かつ等間隔に配置した構成である。ここでは、4つのUCAを配置した構成を示し、内側のUCAから順番に、第1UCA,第2UCA,第3UCA,第4UCAとする。なお、送信UCAの場合は第n送信UCAと呼び、受信UCAの場合は第n受信UCAと呼ぶ。各UCAは8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2は、本発明のOAM多重通信システムの実施例1の構成を示す。
図2において、送信局は、S/P変換・信号処理部11、L個の第1送信ウエイト乗算部13-1~第L送信ウエイト乗算部13-L、MTX個の送信UCA15-1~15-MTXにそれぞれ対応するMTX個の第1送信OAMモード生成処理部14-1~第MTX送信OAMモード生成処理部14-MTX、参照信号送信部16により構成される。
S'[m]=(s'1[m],…,s'L[m])T
を入力し、S'[m] に対してDFT行列Dm TX を乗算して出力する。ここで、Dm TX は、その第p行q列成分が
第1送信OAMモード生成処理部14-1~第MTX送信OAMモード生成処理部14-MTXの出力信号は、各DFT演算部と接続する送信UCA15-1~15-MTXから受信UCAに向けて送信される。このとき、第k受信UCA21-kで受信される信号は以下の通りである。
図3において、送信局に送信信号系列が入力すると、S/P変換・信号処理部11は変調信号を生成する(S11) 。次に、送信局の参照信号送信部16から既知信号系列を送信する(S12) 。受信局は、既知信号系列を受信すると、チャネル状態取得部26が既知信号系列に基づき、各チャネルの応答Λl およびΛl,k を推定する(S21)。ウエイト演算部27は、推定したチャネルの応答Λl およびΛl,k に基づき、式(5) および式(8) の特異値分解を実施し、送信ウエイトVl と受信ウエイトUl を決定し(S22)、受信ウエイトUl を受信局の各受信ウエイト乗算部23に設定する。さらに、フィードバック部28は、ウエイト演算部27で決定した送信ウエイトVl を送信局の各送信ウエイト乗算部13に設定する(S23)。
図4は、本発明のOAM多重通信システムの実施例1の変形構成を示す。
図4において、送信局は、S/P変換・信号処理部11、L個の第1送信ウエイト乗算部13-1~第L送信ウエイト乗算部13-L、MTX個の送信UCA15-1~15-MTXにそれぞれ対応するMTX個の第1送信OAMモード生成処理部14-1~第MTX送信OAMモード生成処理部14-MTX、ウエイト演算部17により構成される。
図5において、送信局に送信信号系列が入力すると、ウエイト演算部17が事前に保持しているチャネル応答値に基づいて送信ウエイトVl を決定し、各送信ウエイト乗算部13に設定する(S31)。S/P変換・信号処理部11は、変調信号を生成する(S32) 。次に、各送信ウエイト乗算部13は、生成した変調信号に対して送信ウエイトVl を乗算する(S33)。さらに、送信OAMモード生成処理部14は、送信ウエイトVl を乗算した変調信号に対してDFT演算によりOAMモード生成処理を行い(S34)、各OAMモードの信号が各送信UCA15から送信される(S35)。
図6は、本発明のOAM多重通信システムの実施例2の構成を示す。
図6において、送信局は、S/P変換・信号処理部12、それぞれM1 ~ML の信号を入力するL個の第1送信ウエイト乗算部13-1~第L送信ウエイト乗算部13-L、MTX個の送信UCA15-1~15-MTXにそれぞれ対応するMTX個の第1送信OAMモード生成処理部14-1~第MTX送信OAMモード生成処理部14-MTX、参照信号送信部16により構成される。
図7において、送信局は、参照信号送信部16から既知信号系列を送信する(S51) 。受信局は、既知信号系列を受信すると、チャネル状態取得部26が既知信号系列に基づき、各チャネルの応答Λl およびΛl,k を推定する(S61)。次に、ウエイト演算部27は、推定したチャネルの応答Λl およびΛl,k に基づき、式(9) の特異値分解を実施し、送信ウエイトVl と受信ウエイトUl を式(10)のように決定するとともに多重数Ml を決定し、受信ウエイトUl を各受信ウエイト乗算部23に設定する(S62)。多重数Ml は、あらかじめ決められているものでもよく、適応的に選択するものでもよい。フィードバック部28は、ウエイト演算部27で決定した多重数Ml を送信局のS/P変換・信号処理部12に設定するとともに、送信ウエイトVl を送信局の各送信ウエイト乗算部13に設定する(S63)。
図8は、本発明のOAM多重通信システムの実施例2の変形構成を示す。
図8において、送信局は、S/P変換・信号処理部12、L個の第1送信ウエイト乗算部13-1~第L送信ウエイト乗算部13-L、MTX個の送信UCA15-1~15-MTXにそれぞれ対応するMTX個の第1送信OAMモード生成処理部14-1~第MTX送信OAMモード生成処理部14-MTX、ウエイト演算部17により構成される。
13 送信ウエイト乗算部
14 送信OAMモード生成処理部
15 送信UCA
16 参照信号送信部
17 ウエイト演算部
21 受信UCA
22 受信OAMモード分離処理部
23 受信ウエイト乗算部
24,25 信号処理・P/S変換部
26 チャネル状態取得部
27 ウエイト演算部
28 フィードバック部
29 ウエイト演算部
Claims (8)
- 複数のアンテナ素子を円形に等間隔で配置した等間隔円形アレーアンテナ(以下、UCA)を、同心円状かつ等間隔に配置した径の異なる複数MTX個のUCAからなるM-UCAを用いた送信アンテナを含む送信局と、
前記送信局と同様に複数MRX個のUCAからなるM-UCAを用いた受信アンテナを含む受信局と
を備え、電磁波の軌道角運動量(以下、OAM)モードを用いて複数の送信信号系列を空間多重伝送するOAM多重通信システムであって、
前記送信局は、
前記複数の送信信号系列を送信する前記OAMモードごとに入力し、前記OAMモードごとの送信信号系列にそれぞれ送信ウエイトを乗算し、前記M-UCAを構成するUCAに対応するMTX個の信号に変換して出力する前記OAMモードごとの複数の送信ウエイト乗算部と、
前記複数の送信ウエイト乗算部がそれぞれ出力する前記UCA対応の信号を入力して離散フーリエ変換を行い、それぞれ対応する前記UCAに出力するMTX個の送信OAMモード生成処理部と
を備え、
前記受信局は、
前記M-UCAを構成するUCAからそれぞれ信号を入力して逆フーリエ変換を行い、受信信号系列ごとに出力するMRX個の受信OAMモード分離処理部と、
前記受信OAMモード分離処理部が出力する前記OAMモードごとの受信信号系列にそれぞれ受信ウエイトを乗算し、空間多重伝送された受信信号系列を分離するとともに、空間多重されたOAMモード間の干渉を抑圧して出力する前記OAMモードごとの複数の受信ウエイト乗算部と
を備えたことを特徴とするOAM多重通信システム。 - 請求項1に記載のOAM多重通信システムにおいて、
前記送信局から前記受信局に送信された既知信号系列に対する前記受信OAMモード分離処理部の出力値からチャネル推定を行い、前記送信ウエイトと前記受信ウエイトを決定するウエイト演算部を備え、
前記受信ウエイトは前記受信ウエイト乗算部に設定し、前記送信ウエイトは前記受信局から前記送信局へフィードバックされて前記送信ウエイト乗算部に設定し、空間多重伝送されたOAMモード間の干渉成分を抑圧する構成である
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で配置した等間隔円形アレーアンテナ(以下、UCA)を、同心円状かつ等間隔に配置した径の異なる複数MTX個のUCAからなるM-UCAを用いた送信アンテナを含む送信局と、前記送信局と同様に複数MRX個のUCAからなるM-UCAを用いた受信アンテナを含む受信局とを備え、電磁波の軌道角運動量(以下、OAM)モードを用いて複数の送信信号系列を空間多重伝送するOAM多重通信システムのモード間干渉除去方法であって、
前記送信局は、
前記OAMモードごとの複数の送信ウエイト乗算部で、前記複数の送信信号系列を送信する前記OAMモードごと入力し、前記OAMモードごとの送信信号系列にそれぞれ送信ウエイトを乗算し、前記M-UCAを構成するUCAに対応するMTX個の信号に変換して出力し、
MTX個の送信OAMモード生成処理部で、前記複数の送信ウエイト乗算部がそれぞれ出力する前記UCA対応の信号を入力して離散フーリエ変換を行い、それぞれ対応する前記UCAに出力し、
前記受信局は、
MRX個の受信OAMモード分離処理部で、前記M-UCAを構成するUCAからそれぞれ信号を入力して逆フーリエ変換を行い、受信信号系列ごとに出力し、
前記OAMモードごとの複数の受信ウエイト乗算部で、前記受信OAMモード分離処理部が出力する前記OAMモードごとの受信信号系列にそれぞれ受信ウエイトを乗算し、空間多重伝送された受信信号系列を分離するとともに、空間多重されたOAMモード間の干渉を抑圧して出力する
ことを特徴とするOAM多重通信システムのモード間干渉除去方法。 - 請求項3に記載のOAM多重通信システムのモード間干渉除去方法において、
前記送信局から前記受信局に送信された既知信号系列に対する前記受信OAMモード分離処理部の出力値からチャネル推定を行い、前記送信ウエイトと前記受信ウエイトを決定し、
前記受信ウエイトは前記受信ウエイト乗算部に設定し、前記送信ウエイトは前記受信局から前記送信局へフィードバックされて前記送信ウエイト乗算部に設定し、空間多重されたOAMモード間の干渉を抑圧する
ことを特徴とするOAM多重通信システムのモード間干渉除去方法。 - 請求項4に記載のOAM多重通信システムのモード間干渉除去方法において、
前記受信OAMモード分離処理部の出力のうち、特定の離散周波数成分に残留する他離散周波数成分からの干渉成分を表す行列の特異値分解の結果と、自離散周波数成分を表す行列の特異値分解の結果とに基づき、空間多重化された信号同士の干渉を抑圧するための前記送信ウエイトおよび前記受信ウエイトを決定する
ことを特徴とするOAM多重通信システムのモード間干渉除去方法。 - 請求項4に記載のOAM多重通信システムのモード間干渉除去方法において、
前記受信OAMモード分離処理部の出力に生じる他離散周波数成分からの干渉成分を表す行列の特異値分解の結果のうち、左特異ベクトルに属するベクトルのうちの一つ以上のベクトルと直交するベクトルを含むウエイトを前記受信ウエイトとする
ことを特徴とするOAM多重通信システムのモード間干渉除去方法。 - 請求項4に記載のOAM多重通信システムのモード間干渉除去方法において、
前記受信OAMモード分離処理部の出力に生じる他離散周波数成分からの干渉成分を表す行列の特異値分解の結果のうち、左特異ベクトルに属するベクトルと直交するベクトルと、自離散周波数成分を表す行列との乗算結果の特異値分解を基に、前記送信ウエイトおよび前記受信ウエイトを決定する
ことを特徴とするOAM多重通信システムのモード間干渉除去方法。 - 請求項3に記載のOAM多重通信システムのモード間干渉除去方法において、
空間多重する信号の多重数は、受信信号品質に応じた合計レートを最大にする規範に基づいて決定するか、あらかじめ決定される
ことを特徴とするOAM多重通信システムのモード間干渉除去方法。
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Patent Citations (1)
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