JPWO2019189705A1

JPWO2019189705A1 - Ｏａｍ多重通信システムおよびモード間干渉除去方法

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Publication number: JPWO2019189705A1
Application number: JP2020511059A
Authority: JP
Inventors: 裕文笹木; 斗煥李; 浩之福本; 宏礼芝
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2021-02-18
Anticipated expiration: 2039-03-28
Also published as: EP3780431A1; US20210021053A1; EP3780431B1; CN111903080A; WO2019189705A1; CN111903080B; US11811143B2; JP7028314B2; EP3780431A4

Abstract

送信局に、Ｍ−ＵＣＡを用いた送信アンテナと、各ＵＣＡから１以上のＯＡＭモードを同時に生成するＯＡＭモード生成手段とを備え、受信局に、Ｍ−ＵＣＡと同等の構成の受信アンテナと、各ＵＣＡで受信した信号をＯＡＭモードごとに分離するＯＡＭモード分離手段と、ＯＡＭモードごとにチャネル情報を推定し、そのチャネル情報から算出した受信ウエイトを用いてＯＡＭモードごとに等化処理を行う受信信号処理手段とを備え、１以上のＯＡＭモードを用い、かつＯＡＭモードごとに１以上の系列の信号を多重伝送するＯＡＭ多重通信システムにおいて、受信信号処理手段は、ＯＡＭモードごとに、干渉を受ける他ＯＡＭモードのチャネル情報も推定し、自ＯＡＭモードおよび他ＯＡＭモードのチャネル情報を用いて自ＯＡＭモードの受信ウエイトを算出する構成である。

Description

本発明は、電磁波の軌道角運動量（Orbital Angular Momentum：ＯＡＭ）を用いて無線信号を空間多重伝送するＯＡＭ多重通信システムおよびモード間干渉除去方法に関する。

無線通信の伝送容量向上に向けた技術として、ＯＡＭを用いて無線信号を空間多重伝送する技術がある。ＯＡＭモードをもつ電波は、ビームの伝搬軸を中心とする回転方向に沿って等位相面が螺旋状に分布することを特徴とし、等位相面が形成する螺旋の周期が２π×ａのモードをＯＡＭモードａと呼ぶ。異なるＯＡＭモード同士は回転方向に直交性を有するため、複数のＯＡＭモードの信号を空間多重伝送できる。例えば、ＯＡＭモード１の信号とＯＡＭモード２の信号は空間上で互いに直交しているため、送信アンテナからこれらのモードの信号を同時に送信しても、受信側のＯＡＭモード分離処理回路によってＯＡＭモード１の信号とＯＡＭモード２の信号を分離できる。非特許文献１では、ＯＡＭモードの信号を多重伝送する方法として、複数のアンテナ素子を等間隔に円形配置した等間隔円形アレーアンテナ（Uniform Circular Array：ＵＣＡ）とバトラーマトリクス回路を用いる方法が報告されている。

E.Sasaki,M.Hirabe,T.Maru,N.Zein,"Pragmatic OAM with polarization multiplexing transmission for future 5G ultra-highcapacityradio ",inproc.of EuMA2016,Oct.2016.

非特許文献１の構成では、送信ＵＣＡと受信ＵＣＡが正面で対向する位置に配置され、かつ、反射波がない見通し環境に限り、各ＯＡＭモードの信号を分離できる。しかし、実運用上は、送信ＵＣＡと受信ＵＣＡが正面対向配置からずれた位置に固定設置されている場合や、周辺環境による反射波などの影響も考慮する必要がある。このような影響によって、送信ＵＣＡと受信ＵＣＡ間のチャネル行列が理想的な正面対向配置から乖離すると、受信側のＯＡＭモード分離処理回路の出力段においてＯＡＭモード間の干渉成分が残留する。

例えば、ＯＡＭモード１の信号の分離を受信側で試みたときに、送信ＵＣＡと受信ＵＣＡが理想的な正面対向配置の場合は、ＯＡＭモード１の信号成分だけを取り出せる。一方、送信ＵＣＡと受信ＵＣＡが理想的な正面対向配置からずれた位置に固定設置されている場合や、伝搬路やＲＦ回路の影響などにより、理想的なチャネル行列から乖離する反射波に起因し、ＯＡＭモード１の信号の分離を試みたとしても、回路出力段ではＯＡＭモード１の信号成分に、隣接するＯＡＭモード２やＯＡＭモード０など他のモードからの干渉成分が重畳されて通信品質が劣化する。

ここで、全信号系列にわたってプリコーディングおよび等化処理を行う従来の手法（フルＭＩＭＯ）では、信号系列数に応じて指数的に回路規模およびデジタル信号処理量が増大し、実装が困難になる。

本発明は、送信ＵＣＡと受信ＵＣＡとの間の光軸のずれ、チルト、反射波などによって生じるモード間干渉の抑圧を、小さな回路規模およびデジタル信号処理量で実現することができるＯＡＭ多重通信システムおよびモード間干渉除去方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、送信局に、径の異なる複数のＵＣＡを同心円状に配置した送信アンテナと、送信アンテナの各ＵＣＡから１以上のＯＡＭモードを同時に生成するＯＡＭモード生成手段とを備え、受信局に、Ｍ−ＵＣＡと同等の構成の受信アンテナと、受信アンテナの各ＵＣＡで受信した信号をＯＡＭモードごとに分離するＯＡＭモード分離手段と、受信アンテナの各ＵＣＡで受信した信号から分離したＯＡＭモードごとにチャネル情報を推定し、そのチャネル情報から算出した受信ウエイトを用いてＯＡＭモードごとに等化処理を行う受信信号処理手段とを備え、１以上のＯＡＭモードを用い、かつＯＡＭモードごとに１以上の系列の信号を多重伝送するＯＡＭ多重通信システムにおいて、受信信号処理手段は、ＯＡＭモードごとに、干渉を受ける他ＯＡＭモードのチャネル情報も推定し、自ＯＡＭモードおよび他ＯＡＭモードのチャネル情報を用いて自ＯＡＭモードの受信ウエイトを算出する構成である。

第１の発明のＯＡＭ多重通信システムにおいて、受信信号処理手段で受信ウエイトの算出に用いる他ＯＡＭモードのチャネル情報は、自ＯＡＭモードに近い、または隣接するＯＡＭモードのチャネル情報である。

第１の発明のＯＡＭ多重通信システムにおいて、受信局は、受信信号処理手段で算出したＯＡＭモードごとのチャネル情報および受信ウエイトを送信局にフィードバックする手段を備え、送信局は、受信局からフィードバックされたＯＡＭモードごとのチャネル情報および受信ウエイトを入力し、ＯＡＭモードごとに、干渉を与える他ＯＡＭモードのチャネル情報および受信ウエイトを含めて送信ウエイトを算出し、複数のＵＣＡから送信する系列の信号にプリコーディングする送信信号処理手段を備える。

第１の発明のＯＡＭ多重通信システムにおいて、送信局は、ＯＡＭモードごとに複数のＵＣＡから送信する系列の信号に送信ウエイトを用いてプリコーディングする送信信号処理手段を備え、受信局は、ＯＡＭモードごとに、受信信号処理手段で算出したチャネル情報および受信ウエイトを用い、干渉を与える他ＯＡＭモードのチャネル情報および受信ウエイトを含めて送信ウエイトを算出して送信局にフィードバックする手段を備える。

第１の発明のＯＡＭ多重通信システムにおいて、送信信号処理手段で送信ウエイトの算出に用いる他ＯＡＭモードのチャネル情報は、自ＯＡＭモードに近い、または隣接するＯＡＭモードのチャネル情報である。

第２の発明は、送信局に、径の異なる複数のＵＣＡを同心円状に配置したＭ−ＵＣＡを用いた送信アンテナと、送信アンテナの各ＵＣＡから１以上のＯＡＭモードを同時に生成するＯＡＭモード生成手段とを備え、受信局に、Ｍ−ＵＣＡと同等の構成の受信アンテナと、受信アンテナの各ＵＣＡで受信した信号をＯＡＭモードごとに分離するＯＡＭモード分離手段と、受信アンテナの各ＵＣＡで受信した信号から分離したＯＡＭモードごとにチャネル情報を推定し、そのチャネル情報から算出した受信ウエイトを用いてＯＡＭモードごとに等化処理を行う受信信号処理手段とを備え、１以上のＯＡＭモードを用い、かつＯＡＭモードごとに１以上の系列の信号を多重伝送するＯＡＭ多重通信システムのモード間干渉除去方法において、受信信号処理手段は、ＯＡＭモードごとに、干渉を受ける他ＯＡＭモードのチャネル情報も推定し、自ＯＡＭモードおよび他ＯＡＭモードのチャネル情報を用いて自ＯＡＭモードの受信ウエイトを算出する。

第２の発明のモード間干渉除去方法において、受信信号処理手段で受信ウエイトの算出に用いる他ＯＡＭモードのチャネル情報は、自ＯＡＭモードに近い、または隣接するＯＡＭモードのチャネル情報である。

第２の発明のモード間干渉除去方法において、受信局は、受信信号処理手段で算出したＯＡＭモードごとのチャネル情報および受信ウエイトを送信局にフィードバックし、送信局は、受信局からフィードバックされたＯＡＭモードごとのチャネル情報および受信ウエイトを入力し、ＯＡＭモードごとに、干渉を与える他ＯＡＭモードのチャネル情報および受信ウエイトを含めて送信ウエイトを算出し、複数のＵＣＡから送信する系列の信号にプリコーディングする。

第２の発明のモード間干渉除去方法において、送信局は、ＯＡＭモードごとに複数のＵＣＡから送信する系列の信号に送信ウエイトを用いてプリコーディングし、受信局は、ＯＡＭモードごとに、受信信号処理手段で算出したチャネル情報および受信ウエイトを用い、干渉を与える他ＯＡＭモードのチャネル情報および受信ウエイトを含めて送信ウエイトを算出して送信局にフィードバックする。

第２の発明の記載のモード間干渉除去方法において、送信ウエイトの算出に用いる他ＯＡＭモードのチャネル情報は、自ＯＡＭモードに近い、または隣接するＯＡＭモードのチャネル情報である。

本発明は、ＯＡＭモードごとに被干渉を考慮した受信ウエイトおよび与干渉を考慮した送信ウエイトを算出する際に、多重する信号の系列数に応じたデジタル信号処理量を低減することができるので、簡易な構成でモード間干渉を補償するとともに、システム容量の向上を図ることができる。

本発明のＯＡＭ多重通信システムの実施例１の構成例を示す図である。本発明のＯＡＭ多重通信システムのＭ−ＵＣＡの構成例を示す図である。ＯＡＭモードｋ受信信号処理部２３−ｋの構成例を示す図である。本発明のＯＡＭ多重通信システムの実施例２の構成例を示す図である。ＯＡＭモードｋ送信信号処理部１３−ｋ、ＯＡＭモードｋ受信信号処理部２３−ｋの構成例１を示す図である。フィードバック処理部２４，１４で扱うチャネル情報を示す図である。ＯＡＭモードｋ送信信号処理部１３−ｋ、ＯＡＭモードｋ受信信号処理部２３−ｋの構成例２を示す図である。

（実施例１）
図１は、本発明のＯＡＭ多重通信システムの実施例１の構成例を示す。
図１において、送信局１０は、送信アンテナとして第１送信ＵＣＡ１１−１〜第Ｎ_TX送信ＵＣＡ１１−Ｎ_TXを備える。Ｎ_TXは２以上の整数である。ＯＡＭモード１〜Ｌで送信する複数の系列の変調信号は、それぞれＯＡＭモード１送信信号処理部１３−１〜ＯＡＭモードＬ送信信号処理部１３−Ｌに入力する。なお、１〜Ｌの数値はインデックスである。ＯＡＭモード１送信信号処理部１３−１は、各送信ＵＣＡからＯＡＭモード１で送信する信号を生成し、各送信ＵＣＡに対応するＯＡＭモード生成処理部１２−１〜１２−Ｎ_TXにそれぞれ出力する。同様に、ＯＡＭモードＬ送信信号処理部１３−Ｌは、各送信ＵＣＡからＯＡＭモードＬで送信する信号を生成し、各送信ＵＣＡに対応するＯＡＭモード生成処理部１２−１〜１２−Ｎ_TXにそれぞれ出力する。ＯＡＭモード生成処理部１２−１〜１２−Ｎ_TXは、それぞれＯＡＭモード１〜Ｌで送信する信号を入力し、各送信ＵＣＡ１１−１〜１１−Ｎ_TXからそれぞれＯＡＭモード１〜Ｌの信号として送信されるように位相調整して各送信ＵＣＡのアンテナ素子に出力する。

受信局２０は、受信アンテナとして第１受信ＵＣＡ２１−１〜第Ｎ_RX受信ＵＣＡ２１−Ｎ_RXを備える。Ｎ_RXは２以上の整数である。ＯＡＭモード分離処理部２２−１〜２２−Ｎ_RXは、各受信ＵＣＡの受信信号からＯＡＭモード１〜Ｌの信号を分離し、ＯＡＭモードごとにＯＡＭモード１受信信号処理部２３−１〜ＯＡＭモードＬ受信信号処理部２３−Ｌに出力する。ＯＡＭモード１受信信号処理部２３−１は、各受信ＵＣＡで受信した信号から分離したＯＡＭモード１の信号からチャネル情報を推定し、そのチャネル情報から算出した受信ウエイトを用いてＯＡＭモード１の信号の等化処理を行い、各送信ＵＣＡからＯＡＭモード１で送信された複数の系列の信号を出力する。同様に、ＯＡＭモードＬ受信信号処理部２３−Ｌは、各受信ＵＣＡで受信して分離したＯＡＭモードＬの信号からチャネル推定および等化処理を行い、各送信ＵＣＡからＯＡＭモードＬで送信された複数の系列の信号を出力する。

ここで、Ｌは使用するＯＡＭモードの数である。Ｌ＝５の場合、例えばＯＡＭモード−２，−１，０，１，２の信号が多重伝送され、以下その一つをＯＡＭモードｋとする。ｋはインデックスである。

第１送信ＵＣＡ１１−１〜第Ｎ_TX送信ＵＣＡ１１−Ｎ_TXおよび第１受信ＵＣＡ２１−１〜第Ｎ_RX受信ＵＣＡ２１−Ｎ_RXは、図２に示すように、複数のＵＣＡを同心円状に配置した多重円形アレーアンテナ（ Multi−ＵＣＡ）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す。すなわち、Ｎ_TX＝Ｎ_RX＝４であり、内側のＵＣＡから順番に、第１ＵＣＡ，第２ＵＣＡ，第３ＵＣＡ，第４ＵＣＡとする。なお、各ＵＣＡは、図中に●で示す16個のアンテナ素子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３は、ＯＡＭモードｋ受信信号処理部２３−ｋの構成例を示す。
図３において、ＯＡＭモードｋ受信信号処理部２３−ｋは、チャネル推定処理部２３１、受信ウエイト算出処理部２３２、受信ウエイト乗算処理部２３３により構成される。第１受信ＵＣＡ２１−１〜第Ｎ_RX受信ＵＣＡ２１−Ｎ_RXで受信し、ＯＡＭモード分離処理部２２−１〜２２−Ｎ_RXでそれぞれ分離されたＯＡＭモードｋのＮ_RX個の信号は、チャネル推定処理部２３１および受信ウエイト乗算処理部２３３に入力する。チャネル推定処理部２３１は、入力信号から推定した受信ＯＡＭモードｋに対応するチャネル行列Ｈと送信ウエイトＶからなるチャネル情報
（…、Ｈ_k,k-1Ｖk-1 、Ｈ_k,kＶk 、Ｈ_k,k+1Ｖk+1 、…）
を受信ウエイト算出処理部２３２に出力し、受信ウエイト算出処理部２３２は所定のチャネル情報からＯＡＭモードｋの信号に対する受信ウエイトＵ_k を算出して受信ウエイト乗算処理部２３３に出力する。受信ウエイト乗算処理部２３３は、この受信ウエイトＵ_k を用いてＯＡＭモードｋのＮ_RX個の信号の等化処理を行い、ＯＡＭモードｋで送信された複数の系列の信号を出力する。

送信ＯＡＭモードと受信ＯＡＭモードとの間のチャネル行列Ｈを図３(2) に示す。ここでは、ＯＡＭモード−２，−１，０，１，２の例を示す。送信ＵＣＡと受信ＵＣＡが正面対向配置のような理想的な状況では、ＯＡＭモードごとに直交するため、対角ブロック成分であるＨ_k,k のみが存在することになる。しかし、位置ずれやアナログ回路の不完全性等に起因するモード間干渉が生じる状況では、ＯＡＭモードｋの信号の等化処理の際に、非対角ブロック成分であるＨ_k,k-1 なども考慮したチャネル推定を行い、隣接するＯＡＭモードｋ−１，ｋ＋１等からＯＡＭモードｋへの干渉を抑圧する受信ウエイトＵ_k を算出する。

Ｈ_k,k に対するＨ_k,k-1 、Ｈ_k,k+1 は、ＯＡＭモードｋに干渉を与える隣接ＯＡＭモードｋ−１、ｋ＋１のチャネル行列であり、チャネル行列Ｈ_k,k とともにＯＡＭモードｋの受信ウエイトＵ_k の算出に用いる。

ＭＭＳＥ規範に基づくＯＡＭモードｋに対応する受信ウエイトＵ_k は、雑音をσとし、単位行列をＩとして、次式で表される。
Ｕ_k ＝（Σ_n Ｈ_k,nＶnＶn ^{HＨk,nH＋σ2I)-1}Ｈ_k,kＶk …(1)
ＺＦ規範に基づくＯＡＭモードｋに対応する受信ウエイトＵ_k は次式で表される。
Ｕ_k ＝（Σ_n Ｈ_k,nＶnＶn ^HＨk,nH)-1Ｈ_k,kＶk …(2)
ここで、ｋ＝０、ｎ＝−１，０，１とすると、図３に示す受信ウエイト算出処理部２３２では、チャネル推定処理部２３１が出力するチャネル情報
（Ｈ₀,_-1Ｖ_-1、Ｈ₀,_0Ｖ0、Ｈ0,₊₁Ｖ₊₁）
を用いて、ＯＡＭモード０の信号に対する受信ウエイトＵ₀ が算出される。

図１に示すＯＡＭモード１受信信号処理部２３−１〜ＯＡＭモードＬ受信信号処理部２３−Ｌでは、以上の処理が並列に実行され、ＯＡＭモード１〜Ｌの信号に対する受信ウエイトＵ₁ 〜Ｕ_L を乗算し、隣接モードからの干渉を抑圧する処理が行われる。なお、以上の説明は隣接モードのみを対象としたが、隣接の範囲を拡張しても同様である。

（実施例２）
図４は、本発明のＯＡＭ多重通信システムの実施例２の構成例を示す。
図４において、実施例２の送信局１０は、受信局２０で取得した各ＯＡＭモードにおけるチャネル行列Ｈおよび受信ウエイトＵ₁ 〜Ｕ_L をフィードバックさせ、ＯＡＭモード１送信信号処理部１３−１〜ＯＡＭモードＬ送信信号処理部１３−Ｌにおいてプリコーディングに用いる次の送信ウエイトＶ₁ 〜Ｖ_L を算出する構成である。ここでは、受信局２０のフィードバック処理部２４から送信局１０のフィードバック処理部１４に、以下に示す所要の情報がフィードバックされる。

図５は、ＯＡＭモードｋ送信信号処理部１３−ｋ、ＯＡＭモードｋ受信信号処理部２３−ｋの構成例１を示す。

図５において、ＯＡＭモードｋ受信信号処理部２３−ｋは、図３に示す構成と同じである。チャネル推定処理部２３１から受信ＯＡＭモードｋに対応するチャネル行列
（…、Ｈ_k,k-1 、Ｈ_k,k 、Ｈ_k,k+1 、…）
と、受信ウエイト算出処理部２３２から受信ウエイトＵ_k がフィードバック処理部２４に入力する。同様に、受信ＯＡＭモード１〜Ｌに対応するチャネル行列Ｈと、受信ウエイトＵ₁ 〜Ｕ_L は、ＯＡＭモード１受信信号処理部２３−１〜ＯＡＭモードＬ受信信号処理部２３−Ｌからフィードバック処理部２４に入力し、さらにフィードバック処理部２４から送信局１０のフィードバック処理部１４にフィードバックされる。

ＯＡＭモードｋ送信信号処理部１３−ｋは、送信ウエイト算出処理部１３１、送信ウエイト乗算処理部１３２により構成される。ＯＡＭモードｋで送信するＮ_TX個の変調信号は、送信ウエイト乗算処理部１３２に入力する。送信ウエイト算出処理部１３１には、フィードバック処理部１４にフィードバックされた送信ＯＡＭモードｋに対応するチャネル行列Ｈと受信ウエイトＵからなるチャネル情報
（Ｈ_k-1,_kＵk-1 、Ｈ_k,kＵk 、Ｈ_k+1,_kＵk+1 ）
が入力し、ＯＡＭモードｋの信号に対する送信ウエイトＶ_k を算出して送信ウエイト乗算処理部１３２に出力する。送信ウエイト乗算処理部１３２は、この送信ウエイトＶ_k を用いてＯＡＭモードｋのＮ_TX個の信号のプリコーディングを行い、ＯＡＭモード生成処理部１２−１〜１２−Ｎ_TXに出力する。

受信ウエイトＵ_k の算出に用いるチャネル行列と、送信ウエイトＶ_k の算出に用いるチャネル行列の関係を図６に示す。ここでは、ＯＡＭモード−２，−１，０，１，２の例を示す。フィードバック処理部２４，１４のいすれかで、受信ウエイトＵ_k の算出に用いるチャネル行列から送信ウエイトＶ_k の算出に用いるチャネル行列への組み換えが行われる。

Ｈ_k,k に対するＨ_k-1,k 、Ｈ_k+1,k は、ＯＡＭモードｋに干渉を与える隣接ＯＡＭモードｋ−１，ｋ＋１との間のチャネル行列であり、チャネル行列Ｈ_k,k とともにＯＡＭモードｋの送信ウエイトＶ_k の算出に用いる。

ＭＭＳＥ規範に基づくＯＡＭモードｋに対応する送信ウエイトＶ_k は次式で表される。Ｖ_k ＝（Σ_m Ｈ_m,k ^{HＵmＷkＵmHＨm,k＋μI)-1}Ｈ_k,kＵkＷk …(3)
ここで、
Ｗ_k ＝（Ｉ−Ｕ_k ^{HＨk,kＶk)-1}
であり、μは次式の解である。
Σ_k Ｔr(( Λ_k ＋μI)^-2φ_{k) ＝Ｐ}
_φk ＝Ｄ_k ^{H（Ｈk,kHＵkＷk2ＵkHＨk,k) Ｄk}
Ｐは送信電力であり、Ｄ_k およびΛ_k はそれぞれ次式の固有値分解によって得られる固有ベクトル行列および固有値からなる対角行列である。
Σ_m Ｈ_m,k ^{HＵmＷkＵmHＨm,k}
^{なお、Ｗk} は等化アルゴリズムに応じて以下のように設定してもよい。
Ｗ_k ＝Ｉ＋ＳＩＮＲ_k
ここで、Ｉは、ＳＩＮＲ_k と同じサイズの単位行列である。ＳＩＮＲ_k は送信ウエイトＶ_k と受信ウエイトＵ_k を用いた際に得られるＯＡＭモードｋの信号のＳＩＮＲを対角成分にもつ対角行列である。

ＺＦ規範に基づくＯＡＭモードｋに対応する送信ウエイトＶ_k は次式で表される。
Ｖ_k ＝（Σ_m Ｈ_m,k ^{HＵmＷkＵmHＨm,k)-1}Ｈ_k,kＵkＷk …(4)
ここで、ｋ＝０、ｍ＝−１，０，１とすると、図５に示す送信ウエイト算出処理部１３１では、フィードバックされたチャネル情報
（Ｈ_-1,₀Ｖ_-1、Ｈ₀,_{0Ｖ0、Ｈ+1},₀Ｖ₊₁）
を用いて、ＯＡＭモード０で送信する信号に対する送信ウエイトＶ₀ が算出される。

図４に示すＯＡＭモード１送信信号処理部１３−１〜ＯＡＭモードＬ送信信号処理部１３−Ｌでは、以上の処理が並列に実行され、ＯＡＭモード１〜Ｌの信号に対する送信ウエイトＶ₁ 〜Ｖ_L を乗算し、隣接モードへの干渉を抑圧するプリコーディング処理が行われる。なお、以上の説明は隣接モードのみを対象としたが、隣接の範囲を拡張しても同様である。

図７は、ＯＡＭモードｋ送信信号処理部１３−ｋ、ＯＡＭモードｋ受信信号処理部２３−ｋの構成例２を示す。

図７において、受信局に備えられる送信ウエイト算出処理部２５では、ＯＡＭモード１受信信号処理部２３−１〜ＯＡＭモードＬ受信信号処理部２３−Ｌから、受信ＯＡＭモード１〜Ｌに対応するチャネル行列Ｈと受信ウエイトＵ₁ 〜Ｕ_L を入力し、送信局のＯＡＭモード１送信信号処理部１３−１〜ＯＡＭモードＬ送信信号処理部１３−Ｌの各送信ウエイト乗算処理部１３２で用いる送信ウエイトＶ₁ 〜Ｖ_L を算出する。この送信ウエイトＶ₁ 〜Ｖ_L は、送信ウエイト算出処理部２５から送信局のフィードバック処理部１５にフィードバックされ、さらにＯＡＭモード１送信信号処理部１３−１〜ＯＡＭモードＬ送信信号処理部１３−Ｌの各送信ウエイト乗算処理部１３２に与えられる。

ところで、図４と図５または図７の構成において、受信局で推定したチャネル情報および受信ウエイトを用いて、送信局における送信ウエイトを算出してプリコーディングを行う処理は、それらの受信ウエイトおよび送信ウエイトを用いて得られるチャネル容量（ウエイト評価関数）をその都度計算し、前回との変化量が所定の閾値以下になるまで繰り返し行ってもよい。

１１−１〜１１−Ｎ_TX 第１送信ＵＣＡ〜第Ｎ_TX送信ＵＣＡ
１２−１〜１２−Ｎ_TX ＯＡＭモード生成処理部
１３−１ＯＡＭモード１送信信号処理部
１３−ＬＯＡＭモードＬ送信信号処理部
１３１送信ウエイト算出処理部
１３２送信ウエイト乗算処理部
１４，１５フィードバック処理部
２１−１〜２１−Ｎ_RX 第１受信ＵＣＡ〜第Ｎ_Rx受信ＵＣＡ
２２−１〜２２−Ｎ_RX ＯＡＭモード分離処理部
２３−１ＯＡＭモード１受信信号処理部
２３−ＬＯＡＭモードＬ受信信号処理部
２３１チャネル推定処理部
２３２受信ウエイト算出処理部
２３３受信ウエイト乗算処理部
２４フィードバック処理部
２５送信ウエイト算出処理部

Claims

送信局に、
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）を複数用い、かつ径の異なる複数のＵＣＡを同心円状に配置したＭ−ＵＣＡを用いた送信アンテナと、
前記送信アンテナの各ＵＣＡから１以上の軌道角運動量（以下、ＯＡＭ）モードを同時に生成するＯＡＭモード生成手段と
を備え、
受信局に、
前記Ｍ−ＵＣＡと同等の構成の受信アンテナと、
前記受信アンテナの各ＵＣＡで受信した信号をＯＡＭモードごとに分離するＯＡＭモード分離手段と、
前記受信アンテナの各ＵＣＡで受信した信号から分離したＯＡＭモードごとにチャネル情報を推定し、そのチャネル情報から算出した受信ウエイトを用いてＯＡＭモードごとに等化処理を行う受信信号処理手段と
を備え、１以上のＯＡＭモードを用い、かつＯＡＭモードごとに１以上の系列の信号を多重伝送するＯＡＭ多重通信システムにおいて、
前記受信信号処理手段は、前記ＯＡＭモードごとに、干渉を受ける他ＯＡＭモードのチャネル情報も推定し、自ＯＡＭモードおよび他ＯＡＭモードのチャネル情報を用いて自ＯＡＭモードの受信ウエイトを算出する構成である
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、
前記受信信号処理手段で前記受信ウエイトの算出に用いる前記他ＯＡＭモードのチャネル情報は、自ＯＡＭモードに近い、または隣接するＯＡＭモードのチャネル情報である
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、
前記受信局は、前記受信信号処理手段で算出したＯＡＭモードごとのチャネル情報および受信ウエイトを前記送信局にフィードバックする手段を備え、
前記送信局は、前記受信局からフィードバックされたＯＡＭモードごとのチャネル情報および受信ウエイトを入力し、前記ＯＡＭモードごとに、干渉を与える他ＯＡＭモードのチャネル情報および受信ウエイトを含めて送信ウエイトを算出し、前記複数のＵＣＡから送信する系列の信号にプリコーディングする送信信号処理手段を備えた
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、
前記送信局は、前記ＯＡＭモードごとに前記複数のＵＣＡから送信する系列の信号に送信ウエイトを用いてプリコーディングする送信信号処理手段を備え、
前記受信局は、前記ＯＡＭモードごとに、前記受信信号処理手段で算出したチャネル情報および受信ウエイトを用い、干渉を与える他ＯＡＭモードのチャネル情報および受信ウエイトを含めて前記送信ウエイトを算出して前記送信局にフィードバックする手段を備えた
ことを特徴とするＯＡＭ多重通信システム。
請求項３または請求項４に記載のＯＡＭ多重通信システムにおいて、
前記送信信号処理手段で前記送信ウエイトの算出に用いる前記他ＯＡＭモードのチャネル情報は、自ＯＡＭモードに近い、または隣接するＯＡＭモードのチャネル情報である
ことを特徴とするＯＡＭ多重通信システム。
送信局に、
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）を複数用い、かつ径の異なる複数のＵＣＡを同心円状に配置したＭ−ＵＣＡを用いた送信アンテナと、
前記送信アンテナの各ＵＣＡから１以上の軌道角運動量（以下、ＯＡＭ）モードを同時に生成するＯＡＭモード生成手段と
を備え、
受信局に、
前記Ｍ−ＵＣＡと同等の構成の受信アンテナと、
前記受信アンテナの各ＵＣＡで受信した信号をＯＡＭモードごとに分離するＯＡＭモード分離手段と、
前記受信アンテナの各ＵＣＡで受信した信号から分離したＯＡＭモードごとにチャネル情報を推定し、そのチャネル情報から算出した受信ウエイトを用いてＯＡＭモードごとに等化処理を行う受信信号処理手段と
を備え、１以上のＯＡＭモードを用い、かつＯＡＭモードごとに１以上の系列の信号を多重伝送するＯＡＭ多重通信システムのモード間干渉除去方法において、
前記受信信号処理手段は、前記ＯＡＭモードごとに、干渉を受ける他ＯＡＭモードのチャネル情報も推定し、自ＯＡＭモードおよび他ＯＡＭモードのチャネル情報を用いて自ＯＡＭモードの受信ウエイトを算出する
ことを特徴とするモード間干渉除去方法。
請求項６に記載のモード間干渉除去方法において、
前記受信信号処理手段で前記受信ウエイトの算出に用いる前記他ＯＡＭモードのチャネル情報は、自ＯＡＭモードに近い、または隣接するＯＡＭモードのチャネル情報である
ことを特徴とするモード間干渉除去方法。
請求項６に記載のモード間干渉除去方法において、
前記受信局は、前記受信信号処理手段で算出したＯＡＭモードごとのチャネル情報および受信ウエイトを前記送信局にフィードバックし、
前記送信局は、前記受信局からフィードバックされたＯＡＭモードごとのチャネル情報および受信ウエイトを入力し、前記ＯＡＭモードごとに、干渉を与える他ＯＡＭモードのチャネル情報および受信ウエイトを含めて送信ウエイトを算出し、前記複数のＵＣＡから送信する系列の信号にプリコーディングする
ことを特徴とするモード間干渉除去方法。
請求項６に記載のモード間干渉除去方法において、
前記送信局は、前記ＯＡＭモードごとに前記複数のＵＣＡから送信する系列の信号に送信ウエイトを用いてプリコーディングし、
前記受信局は、前記ＯＡＭモードごとに、前記受信信号処理手段で算出したチャネル情報および受信ウエイトを用い、干渉を与える他ＯＡＭモードのチャネル情報および受信ウエイトを含めて前記送信ウエイトを算出して前記送信局にフィードバックする
ことを特徴とするモード間干渉除去方法。
請求項８または請求項９に記載のモード間干渉除去方法において、
前記送信ウエイトの算出に用いる前記他ＯＡＭモードのチャネル情報は、自ＯＡＭモードに近い、または隣接するＯＡＭモードのチャネル情報である
ことを特徴とするモード間干渉除去方法。