WO2021064953A1 - 通信装置、干渉信号生成回路、制御回路、干渉除去方法およびプログラム記憶媒体 - Google Patents

通信装置、干渉信号生成回路、制御回路、干渉除去方法およびプログラム記憶媒体 Download PDF

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学 酒井
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a communication device that performs full-duplex communication using orbital angular momentum, an interference signal generation circuit, a control circuit, an interference elimination method, and a program storage medium.
  • OAM orbital angular momentum
  • OAM is one of physical quantities indicating the state of radio waves, and is represented by the state of phase rotation in a plane perpendicular to the traveling direction.
  • radio waves are generated so that the equiphase planes are spiral with respect to the traveling direction.
  • the radio waves generated in this way are called OAM waves.
  • the rotation speed of the phase of the OAM wave per wavelength is called the OAM mode.
  • the OAM wave transmitted from the transmitting device can be received by the receiving device corresponding to the same OAM mode as the transmitted OAM wave.
  • SDM spatial division multiplexing
  • Patent Document 1 discloses a full-duplex wireless communication system that transmits and receives simultaneously using the same frequency by using different OAM modes for transmission and reception by utilizing the orthogonality of OAM.
  • Patent Document 1 discloses a method of generating a replica of the interference signal.
  • the present invention has been made in view of the above, and is a communication device that performs both transmission of a first signal to a communication partner and reception of a second signal from a communication partner by a communication method using OAM. It is an object of the present invention to obtain a communication device capable of generating a replica of an interference signal generated by a first signal.
  • the communication device is a communication device that performs full-duplex wireless communication with another device by utilizing the orbital angular momentum.
  • Interference elimination circuit that generates a replica of an interference signal, which is received together with one or more signals transmitted from the device, based on one or more transmission signals transmitted to another device, and subtracts the replica from the received signal. , Equipped with.
  • the communication device is a communication device that performs both transmission of a first signal to a communication partner and reception of a second signal from the communication partner by a communication method using OAM, and is a first signal. It has the effect of being able to generate a replica of the interference signal generated by.
  • CPU Central Processing Unit
  • the communication device the interference signal generation circuit, the control circuit, the interference elimination method, and the program storage medium according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
  • the present invention is not limited to this embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a communication device according to a first embodiment of the present invention.
  • the communication device 100-1 of the present embodiment includes a transmission butler matrix circuit (hereinafter abbreviated as a transmission BM circuit) 1, a reception butler matrix circuit (hereinafter abbreviated as a reception BM circuit) 2, a separation circuit 3, and the like. It is provided with an interval circular array antenna (hereinafter, abbreviated as UCA) 4.
  • FIG. 1 also shows a communication device 100-2 which is a communication partner of the communication device 100-1.
  • the communication device 100-1 performs full-duplex wireless communication with other devices by using the orbital angular momentum (OAM). Specifically, the communication device 100-1 performs full-duplex wireless communication capable of transmitting and receiving at the same frequency using the same frequency.
  • the communication device 100-1 can transmit and receive using the same frequency at the same time, but it is not necessary to perform transmission and reception at the same time at all times, and a plurality of frequencies are switched and used. You may perform the communication using.
  • the configuration of the communication device 100-2 is the same as that of the communication device 100-1.
  • the transmission BM circuit 1 includes a plurality of input ports and a plurality of output ports, and imparts a different phase rotation to one or more transmission signals input from at least one of the plurality of input ports for each input port. And output.
  • the transmission BM circuit 1 generates a plurality of second transmission signals by giving a phase to one or more first transmission signals which are one or more transmission signals.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of an input port and an output port of the transmission BM circuit 1 of the present embodiment. As shown in FIG. 2, the transmission BM circuit 1 includes input ports 11-1 to 11-M (M is an integer of 2 or more) which is an example of a plurality of input ports, and an output port which is an example of a plurality of output ports.
  • Each of the plurality of second transmission signals output from the output ports 12-1 to 12-N of the transmission BM circuit 1 is also hereinafter referred to as a transmission OAM signal.
  • a plurality of transmission OAM signals output from the transmission BM circuit 1 are input to the UCA 4 via the separation circuit 3.
  • the separation circuit 3 will be described later.
  • the UCA 4 radiates the transmission OAM signal input from the transmission BM circuit 1 as a radio wave.
  • the UCA 4 includes a plurality of antenna elements arranged in an annular shape. The number of antenna elements included in the UCA 4 is the same as the number of output ports of the transmission BM circuit 1. In this way, the communication device 100-1 transmits one or more transmission signals as radio waves after giving phase rotation to the one or more transmission signals by the transmission BM circuit 1. It can be transmitted as an OAM wave.
  • the UCA4 included in the communication device 100-1 of the present embodiment is a transmission / reception antenna used for both transmission and reception. That is, the UCA4 is a shared equidistant array antenna that is both a transmit equidistant array antenna and a receive equidistant array antenna.
  • the UCA4 receives an OAM-multiplexed signal as a radio wave from the communication device 100-2 having the same configuration as the communication device 100-1.
  • the UCA 4 outputs the received signal to the separation circuit 3.
  • the communication device 100-1 can transmit and receive using the same frequency and the UCA4 is a transmission / reception antenna, the UCA4 transmits and receives radio waves at the same time. Is possible.
  • the transmission line connected to the UCA 4 transmits both the signal received by the UCA 4 and the transmission OAM signal.
  • the separation circuit 3 separates the signal received by the UCA 4 from the transmitted OAM signal by separating the traveling wave and the reflected wave on the transmission line.
  • the separation circuit 3 outputs the separated transmission OAM signal to the UCA 4. Further, the separation circuit 3 subtracts replicas of the interference signals from the separated signals received by each antenna element of UCA4, and outputs each of the signals after subtracting the replicas to the reception BM circuit 2 as a reception OAM signal. ..
  • the details of the operation of the separation circuit 3 will be described later.
  • the receiving BM circuit 2 includes a plurality of input ports and a plurality of output ports, and performs the reverse processing of the processing performed by the transmitting BM circuit 1.
  • the reception BM circuit 2 can separate the OAM-multiplexed reception OAM signal. That is, the communication device 100-1 can obtain a reception signal corresponding to each of the plurality of OAM-multiplexed transmission signals in the communication device 100-2.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of an input port and an output port of the receiving BM circuit 2 of the present embodiment.
  • the receiving BM circuit 2 includes input ports 22-1 to 22-N, which are examples of a plurality of input ports, and output ports 21-1 to 21-M, which are examples of a plurality of output ports.
  • the number of input ports of the receiving BM circuit 2 is the same as the number of output ports of the transmitting BM circuit 1
  • the number of output ports of the receiving BM circuit 2 is the same as the number of input ports of the transmitting BM circuit 1. Is. Since the method of separating the OAM-multiplexed signal using the UCA and the Butler matrix circuit is the same as the general method, detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of the separation circuit 3 and the UCA 4 of the present embodiment.
  • the separation circuit 3 includes directional couplers 5-1 to 5-N, a first interference elimination circuit 6, and a second interference elimination circuit 7.
  • the UCA 4 includes antenna elements 41-1 to 41-N.
  • the transmission OAM signals output from the output ports 12-1 to 12-N of the transmission BM circuit 1 are input to the directional couplers 5-1 to 5-N, and are also input to the first interference elimination circuit 6. Will be done. Further, each of the directional couplers 5-1 to 5-N is connected to the antenna elements 41-1 to 41-N of the UCA4 by a transmission line.
  • Each transmission line between the antenna element 41-i and the directional coupler 5-i outputs the signal received by the antenna element 41-i from the directional coupler 5-i toward the antenna element 41-i.
  • the signal is transmitted.
  • the directional coupler 5-i separates the traveling wave and the reflected wave in the corresponding transmission line from the received signal received by the antenna element 41-i and the transmission OAM output to the antenna element 41-i of the UCA4.
  • the signal is separated from the signal, and the received signal received by the antenna element 41-i is output to the first interference elimination circuit 6.
  • the directional couplers 5-1 to 5-N are each connected to the corresponding antenna element of the antenna elements 41-1 to 41-N, and each of the directional couplers 5-1 to 5-N is connected to the transmitting signal and the receiving signal in the corresponding transmitting and receiving antennas. Separate from the signal.
  • the communication device 100-1 of the present embodiment uses OAM for both the transmission of the first signal to the communication device 100-2, which is the communication partner, and the reception of the second signal from the communication device 100-2. Use the communication method you used.
  • the first signal is an OAM-multiplexed signal by the communication device 100-1
  • the second signal is an OAM-multiplexed signal by the communication device 100-2.
  • the communication device 100-1 receives the second signal, but if the reception of the second signal and the transmission of the first signal are performed at the same time, self-interference may occur.
  • the separation circuit 3 has a function of reducing self-interference, thereby suppressing the influence of self-interference.
  • Self-interference includes intra-antenna interference in which a signal transmitted from a certain antenna element affects the antenna element itself, and inter-antenna interference in which a signal transmitted from a certain antenna element affects another antenna element. Illustrated. In-antenna interference occurs, for example, when a signal transmitted by a certain antenna element is received by the antenna element due to reflection, diffraction, or the like. Further, since the port separation is insufficient in the directional couplers 5-1 to 5-N, the signal wraps around from each transmission port of the directional couplers 5-1 to 5-N to each reception port. The interference that occurs is also an example of in-antenna interference.
  • the term "inside the antenna” as used herein does not mean only the inside of the actual antenna element, but also indicates a system corresponding to a single antenna element, and also includes a corresponding directional coupler. Inter-antenna interference occurs, for example, when a signal transmitted from one antenna element is received by another antenna element. Further, when the signal output from one directional coupler wraps around to another directional coupler due to the leakage between the ports of the directional couplers 5-1 to 5-N, interference between antennas occurs.
  • the interference within the antenna is also referred to as the first self-interference
  • the interference between the antennas is also referred to as the second self-interference.
  • the first self-interference affects the reception process when the antenna is shared by transmission and reception.
  • the second self-interference affects the reception process both when the antenna is provided separately for transmission and reception and when the antenna is shared by transmission and reception.
  • the UCA 4 is a transmission / reception antenna
  • the communication device 100-1 is affected by both the first self-interference and the second self-interference. Therefore, the separation circuit 3 of the present embodiment has a function of reducing both the first self-interference and the second self-interference.
  • the first interference elimination circuit 6 removes the first self-interference from the received signal input from the directional coupler 5-i by using the transmission OAM signal input from the output port 12-i of the transmission BM circuit 1. ..
  • reducing the interference is also referred to as removing the interference. That is, removing the interference means not only that the removal of the interference completely removes the interference component, but also that the interference is reduced.
  • the first interference elimination circuit 6 outputs N received signals from which the first self-interference has been eliminated to the second interference elimination circuit 7.
  • the transmission BM circuit 1 has input ports 11-1 to 11-M as shown in FIG.
  • the M transmission signals input to the input ports 11-1 to 11-M are set to X 0 to X M-1 , respectively.
  • Each of the input ports 11-1 to 11-M corresponds to different OAM modes.
  • processing in the transmission BM circuit 1 can also be expressed by the following equation (2) using the discrete Fourier transform matrix F.
  • the receiving BM circuit 2 has input ports 22-1 to 22-N and output ports 21-1 to 21-M.
  • the M received OAM signals input to the input ports 22-1 to 22-M of the receiving BM circuit 2 are set to y 0 to y N-1 , respectively.
  • the received signals output from the output ports 21-1 to 21-M of the receiving BM circuit 2 are set to Y 0 to Y M-1 , respectively.
  • the reception signal Y m is the reception corresponding to the m-th OAM mode transmission signal transmitted from the communication device 100-2.
  • processing in the receiving BM circuit 2 can also be expressed by the following equation (4) using the discrete Fourier transform matrix F.
  • the H on the right shoulder indicates the Hermitian conjugate.
  • the signals received by the antenna elements 41-1 to 41-N are designated as received OAM signals u 0 to u N-1 , respectively.
  • the N transmission lines connecting the antenna elements 41-1 to 41-N and the directional couplers 5-1 to 5-N are the received OAM signals u 0 to u N-1 and the transmitted OAM signals x 0, respectively.
  • ⁇ X N-1 is transmitted.
  • the reception OAM signal u 1 and the transmission OAM signal x 1 corresponding to the antenna element 41-2 are not shown.
  • the directional coupler 5-i separates the received OAM signal u i-1 received by the antenna element 41-i and the transmitted OAM signal x i-1 output to the antenna element 41-i.
  • the received OAM signal u i-1 is output to the first interference elimination circuit 6.
  • the first interference elimination circuit 6 eliminates the first self-interference due to the transmission OAM signals x 0 to x N-1 included in the received OAM signals output from the directional couplers 5-1 to 5-N, respectively. is there.
  • the interference signal in the first self-interference is referred to as a first interference signal.
  • a plurality of transmission signals transmitted from antenna elements 41-1 to 41-N which are a plurality of transmission / reception antenna elements, are antenna elements 41-1 to 41-, which are sources of the plurality of transmission signals. It is an interference signal generated by wrapping around N.
  • the first interference signal included in the received OAM signal output from the directional coupler 5-i is, for example, the transmission OAM signal x i-1 output from the transmission BM circuit 1 is the directional coupler 5-i and the directional coupler 5-i. It is input to the directional coupler 5-i again via the antenna element 41-i and output from the directional coupler 5-i.
  • the propagation path of the transmitted OAM signal x i-1 is called a first interference propagation path.
  • the first interference propagation path is a loopback channel in which the transmission OAM signal x i-1 transmitted from the antenna element 41-i is received by the system that performs the reception processing of the antenna element 41-i.
  • the first interference propagation path includes, for example, a propagation path that is received by the same antenna element 41-i through reflection and diffraction in the antenna element 41-i, and a port in the directional coupler 5-i.
  • One or more of the leak propagation paths are included.
  • the first interference signal included in the received OAM signal output from the directional coupler 5-i is the one whose amplitude and phase are changed by the transmission OAM signal x i-1 passing through the first interference propagation path. .. Therefore, the communication device 100-1 generates a replica of the first interference signal by adjusting the amplitude and phase of the transmission OAM signal x i-1 according to the transfer function of the first interference propagation path. Can be done.
  • the first interference elimination circuit 6 of the separation circuit 3 generates replicas of N first interference signals corresponding to each of the transmission OAM signals x 0 to x N-1, and directionally couples them. This replica is subtracted from the signals input from the devices 5-1 to 5-N. As a result, the first interference elimination circuit 6 can eliminate the first self-interference.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the first interference elimination circuit 6 of the present embodiment.
  • the first interference elimination circuit 6 includes variable amplifiers 61-1 to 61-N, variable phase shifters 62-1 to 62-N, and subtractors 63-1 to 63-N. Be prepared.
  • Each of the variable amplifiers 61-1 to 61-N is an amplifier whose gain can be changed.
  • Each of the variable phase shifters 62-1 to 62-N is a phase shifter in which the amount of phase shift can be changed.
  • Each of the variable amplifiers 61-1 to 61-N amplifies the amplitude of the corresponding transmitted OAM signal x 0 to x N-1 based on the set gain, and the amplified signal is subjected to the corresponding variable phase shift. Output to vessels 62-1 to 62-N, respectively.
  • Each of the variable phase shifters 62-1 to 62-N changes the phase of the input signal by a set amount of phase shift, and the phase-changed signal is transferred to the corresponding subtractors 63-1 to 63-. Output to N respectively.
  • the gains of the variable amplifiers 61-1 to 61-N and the phase shift amounts of the variable phase shifters 62-1 to 62-N are set based on the changes in amplitude and phase in the first interference propagation path.
  • the signal output from the variable phase shifters 62-1 to 62-N to the corresponding subtractors 63-1 to 63-N becomes a replica of the first interference signal.
  • the transfer function in the first interference propagation path that is, the change in amplitude and phase may be calculated based on the design value, or may be acquired in advance by a test or the like.
  • Each of the subtractors 63-1 to 63-N output the signal input from the corresponding variable phase shifters 62-1 to 62-N from the corresponding directional couplers 5-1 to 5-N. It is subtracted from the signal, and the subtracted result is output to the second interference removing circuit 7.
  • the signals output from the subtractors 63-1 to 63-N are the received OAM signals z 0 to z N-1 , respectively.
  • the received OAM signals z 0 to z N-1 are obtained by subtracting a replica of the first interference signal from the received OAM signal output from the directional coupler 5-i.
  • the second interference elimination circuit 7 is a one or more transmission signals that transmit a replica of an interference signal, which is received together with one or more signals transmitted from the communication device 100-2, which is another device, to the other device. It is generated based on a certain transmission signal X 0 to X M-1 , and a replica is subtracted from the received signal. Specifically, the second self-interference, which is interference between antennas, is removed from the received OAM signals z 0 to z N-1 input from the first interference elimination circuit 6.
  • the interference signal in the second self-interference will be referred to as a second interference signal.
  • the second interference signal is an interference signal in which the transmission OAM signal x i-1 transmitted from the antenna element 41-i affects the signal received by the antenna element 41-k (k ⁇ i).
  • the received OAM signal z k-1 is received by the antenna element 41-k and input to the second interference removing circuit 7 via the directional coupler 5-k and the first interference removing circuit 6. ..
  • the transmitted OAM signal x i-1 output from the transmitting BM circuit 1 is any one of the directional couplers 5-1 to 5-N. Output from the port toward the first interference elimination circuit 6 of the directional coupler 5-k via at least one of one or more and any one or more of the antenna elements 41-1 to 41-N. It was done.
  • the transmitted OAM signal x i-1 is output from the directional coupler 5-k and input to the second interference removing circuit 7 via the first interference removing circuit 6.
  • the propagation path of the transmitted OAM signal x i-1 is called a second interference propagation path.
  • the second interference signal included in the received OAM signal z k-1 removes the second interference via the second interference propagation path in which a plurality of transmitted OAM signals among the transmitted OAM signals x 0 to x N-1 correspond to each other. In some cases, the inputs to the circuit 7 are added together.
  • the second interference propagation path various propagation paths can be considered.
  • the antenna element 41 is another antenna element without being affected by reflection, diffraction, or the like.
  • a line-of-sight communication path received at -k can be mentioned.
  • a non-line-of-sight communication path in which the transmission signal enters the receiving antenna due to the influence of reflection, diffraction, or the like can be mentioned.
  • the non-line-of-sight communication path has not only distance attenuation according to the propagation distance but also signal level attenuation due to reflection, diffraction, and the like.
  • the second interference signal is dominated by the transmission OAM signal x i-1 via the line-of-sight communication path that is not attenuated by reflection, diffraction, or the like. Therefore, the second interference elimination circuit 7 of the present embodiment treats the transmission OAM signal x i-1 via the line-of-sight communication path as the second interference signal, and treats the replica of the second interference signal as the reception OAM signal z k-1. The second self-interference is removed by subtracting from.
  • the transmitted OAM signals x 0 to x N-1 included in the received OAM signals z 0 to z N-1 via the line-of-sight communication path can be expressed by the following equation (5).
  • the y v n on the left side of the equation (5) (the caron in the equation is indicated by a superscript v in the text) is a transmission OAM signal x 0 included in the received OAM signal z n via the line-of-sight communication path.
  • ⁇ X N-1 .
  • h k and l indicate the impulse response of the line-of-sight communication path between the antenna element 41- (l + 1) and the antenna element 41- (k + 1).
  • d k and l indicate the propagation distance between the antenna element 41- (l + 1) and the antenna element 41- (k + 1).
  • the matrix of equation (5) also includes diagonal components, that is, elements corresponding to the case where the transmitting antenna element and the receiving antenna element are the same, but since the propagation distance is 0, the equation (5) ), The diagonal component is 0.
  • indicates a attenuation amount and phase rotation common to all the antenna elements 41-1 to 41-N
  • indicates the wavelength of the radio wave transmitted by the antenna elements 41-1 to 41-N. From equation (6), it can be seen that h k and l depend on the propagation distance between the antenna elements.
  • each of the antenna elements 41-1 to 41-N is a transmitting antenna element and also a receiving antenna element. That is, each of the antenna elements 41-1 to 41-N is a transmission / reception antenna element.
  • FIG. 6 is a diagram showing an arrangement example of the antenna elements 41-1 to 41-N of the present embodiment. In the example shown in FIG. 6, N is set to 8. As shown in FIG. 6, the antenna elements 41-1 to 41-8 are arranged in an annular shape at equal phase intervals in the same plane.
  • the antenna elements 41-1 to 41-8 are arranged in an annular shape in the same plane at equal phase intervals, the other antenna elements 41-1 to 41- as seen from one antenna element 41-1 to 41-8 are arranged.
  • the propagation distance to 8 is the same regardless of the antenna elements 41-1 to 41-8.
  • FIG. 7 is a diagram showing the propagation distance between the antenna element 41-1 which is the first antenna element of the present embodiment and each of the other antenna elements 41-2 to 41-8.
  • FIG. 8 shows the propagation distance between the antenna element 41-2, which is the second antenna element adjacent to the first antenna element, and each of the other antenna elements 41-1, 41-3 to 41-8. It is a figure which shows.
  • the propagation distance is indicated by the length of an arrow from each of the antenna elements 41-1 and 41-2, which are the starting points, toward the other antenna elements.
  • the propagation distance between the antenna element 41-1 and the antenna element 41-2 is indicated by the length of the arrow from the antenna element 41-1 to the antenna element 41-2.
  • h k and l can be expressed by the following equation (7).
  • the propagation path matrix that is, the matrix on the right side of the equation (5) satisfies the cyclic symmetry.
  • the matrix of the right side of the equation (5) i.e. the matrix H C showing the sight communication path can be represented by the cyclic matrix shown in the following equation (8).
  • the second interference signal can be expressed by the following equation (10).
  • the transmission signal X 0 ⁇ X M-1 after it has been multiplied by the diagonal matrix H D, it can be seen that the second interference signal by performing a discrete Fourier transform is obtained.
  • Diagonal matrix H D is the formula (5) to (8) can be calculated according to the propagation distance of the second interference channel.
  • the second interference elimination circuit 7 changes the amplitude and phase of each of the transmission signals X 0 to X M-1 according to the matrix according to the second interference propagation path, and is discrete to the result of changing the amplitude and phase.
  • a replica of the second interference signal can be generated by performing the Fourier transform.
  • the second interference elimination circuit 7 is a propagation path generated based on the propagation distance of the direct wave between each of the antenna elements 41-1 to 41-N and each of the antenna elements 41-1 to 41-N.
  • a replica of the second interference signal is generated based on the matrix and the transmission signals X 0 to X M-1.
  • the propagation path matrix may be calculated based on the propagation distance of the direct wave, that is, based on the design value, or may be measured by a test. For example, a propagation path matrix may be acquired by transmitting a test signal from one antenna element and receiving it at each antenna element.
  • the processing in the Butler matrix circuit is the same as the discrete Fourier transform, the second self-interference is removed by performing the discrete Fourier transform using the Butler matrix circuit in the second interference elimination circuit 7 with a simple circuit configuration. It can be performed.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of the second interference elimination circuit 7 of the present embodiment.
  • the second interference elimination circuit 7 includes variable amplifiers 71-1 to 71-M, variable phase shifters 72-1 to 72-M, and a butler matrix circuit (hereinafter abbreviated as BM circuit). 73 and subtractors 74-1 to 74-N are provided.
  • M is the maximum number that can be OAM-multiplexed
  • the transmission signals X 0 to X M-1 that are actually input may be one or more. Therefore, one or more of the variable amplifiers 71-1 to 71-M may adjust the amplitudes of the transmission signals X 0 to X M-1 which are one or more first transmission signals. Further, one or more of the variable phase shifters 72-1 to 72-M have one or more transmission signals X 0 to one after the amplitude is adjusted by one or more variable amplifiers 71-1 to 71-M. The phase of each of the X M-1 may be adjusted.
  • Each of the variable amplifiers 71-1 to 71-M is an amplifier whose gain can be changed.
  • Each of the variable phase shifters 72-1 to 72-M is a phase shifter in which the amount of phase shift can be changed.
  • Respective variable amplifiers 71-1 ⁇ 71-M the gain in accordance with the corresponding elements of the diagonal matrix H D is set.
  • Each phase shift amount of the variable phase shifter 72-1 ⁇ 72-M is set according to the corresponding elements of the diagonal matrix H D.
  • Each of the variable amplifiers 71-1 to 71-M amplifies the amplitude of the corresponding transmission signals X 0 to X M-1 based on the set gain, and the amplified signal is the corresponding variable phase shifter.
  • Output to 72-1 to 72-M respectively.
  • Each of the variable phase shifters 72-1 to 72-M changes the phase of the input signal by a set amount of phase shift, and outputs the changed phase signal to the BM circuit 73.
  • the BM circuit 73 has M input ports and N output ports, similarly to the transmission BM circuit 1.
  • a circuit having the same configuration as the transmission BM circuit 1 can be used.
  • the BM circuit 73 performs the same processing as the discrete Fourier transform on the M signals input from the variable phase shifters 72-1 to 72-M to generate N signals to generate N signals.
  • the signal output from the BM circuit 73 to the subtractors 74-1 to 74-N is a replica of the second interference signal.
  • the BM circuit 73 gives a phase to one or more transmission signals X 0 to X M-1 after the amplitude is adjusted by one or more variable phase shifters 72-1 to 72-M. Generate a replica of the second interference signal.
  • Each of the subtractors 74-1 to 74-N subtracts a replica of the corresponding second interference signal from the corresponding received OAM signals z 0 to z N-1 , and obtains the subtraction results from the received OAM signals y 0 to respectively. It is output to the receiving BM circuit 2 as y N-1.
  • the configuration of the first interference removing circuit 6 and the second interference removing circuit 7 is not limited to the above-mentioned example. At least one of the first interference elimination circuit 6 and the second interference elimination circuit 7 may be realized by using software. That is, when a program describing the operation of at least one of the first interference elimination circuit 6 and the second interference elimination circuit 7 is executed, at least one of the first interference elimination circuit 6 and the second interference elimination circuit 7 is executed. It may be realized. As shown in FIG. 9, when the second interference signal is generated by using the variable amplifiers 71-1 to 71-M, the variable phase shifters 72-1 to 72-M, and the BM circuit 73, a simple circuit configuration is obtained. Can generate an interference signal with.
  • the communication device 100-1 may include only one of the first interference elimination circuit 6 and the second interference elimination circuit 7.
  • the second interference elimination circuit 7 becomes the interference elimination circuit.
  • the first interference elimination circuit 6 and the second interference elimination circuit 7 may be regarded as one interference elimination circuit. ..
  • variable amplifiers 61-1 to 61-N and the variable phase shifters 62-1 to 62-N form an interference signal generation circuit.
  • variable amplifiers 71-1 to 71-M, the variable phase shifters 72-1 to 72-M, and the BM circuit 73 form an interference signal generation circuit.
  • the communication device 100-1 performs both transmission of the first signal to the communication partner and reception of the second signal from the communication partner by a communication method using OAM. , Equipped with an interference signal generation circuit. Then, the interference signal generation circuit generates a replica of the interference signal generated by the first signal based on the transmission OAM signal which is the first signal or the transmission signal which is the source of the transmission OAM signal. As a result, the communication device 100-1 can generate a replica of the interference signal generated by the first signal. Further, the communication device 100-1 subtracts a replica of the interference signal from the received OAM signal. Thereby, the communication device 100-1 can reduce the interference.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of a communication device according to a second embodiment of the present invention.
  • the antenna is shared by transmission and reception has been described, but in the present embodiment, an example in which the antenna is used separately for transmission and reception will be described.
  • the communication device 100a-1 of the present embodiment includes a transmission BM circuit 1 similar to that of the first embodiment, a reception BM circuit 2 similar to that of the first embodiment, an interference elimination circuit 8, a transmission UCA9, and a reception UCA10. And.
  • FIG. 10 also shows a communication device 100a-2 which is a communication partner of the communication device 100a-1.
  • the configuration of the communication device 100a-2 is the same as that of the communication device 100a-1.
  • the communication device 100a-1 uses OAM for both the transmission of the first signal to the communication device 100a-2, which is the communication partner, and the reception of the second signal from the communication partner. Use the communication method you used.
  • the components having the same functions as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the duplicate description will be omitted.
  • the points different from those of the first embodiment will be mainly described.
  • the transmitting UCA 9 and the receiving UCA 10 each have a plurality of antenna elements arranged at equal intervals on the circumference, as in the UCA 4 of the first embodiment.
  • the transmission OAM signal output from the transmission BM circuit 1 is input to the transmission UCA 9 and radiated as a radio wave from the transmission UCA 9.
  • the communication device 100a-1 since the communication device 100a-1 has separate antennas for transmission and reception, the transmission signal using the directional couplers 5-1 to 5-N as in the first embodiment And the reception signal does not need to be separated. Therefore, the communication device 100a-1 does not include the separation circuit 3.
  • the communication device 100a-1 removes the interference caused by the first signal, which is a signal transmitted from the transmission UCA 9, from the reception signal by providing the interference elimination circuit 8 after the reception UCA 10.
  • the signal received by the reception UCA 10 is input to the interference elimination circuit 8.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of the interference elimination circuit 8 of the present embodiment.
  • the communication device 100a-1 does not include the directional couplers 5-1 to 5-N, the signal wraparound between the transmission port and the reception port of the directional couplers 5-1 to 5-N. There is no need to consider. Therefore, in the present embodiment, it is not necessary to consider the first self-interference among the first self-interference and the second self-interference described in the first embodiment.
  • the signal transmitted by one antenna element causes second self-interference that affects other antenna elements, but the second self-interference in this embodiment is the same as in the first embodiment. It is not the interference in the UCA4 but the interference between the transmitting UCA9 and the receiving UCA10. Therefore, although the method of calculating the propagation distance between the antenna elements to be considered is partially different from that of the first embodiment, the self-interference can be removed by the same method as the removal of the second self-interference of the first embodiment. ..
  • the interference elimination circuit 8 includes variable amplifiers 81-1 to 81-M, variable phase shifters 82-1 to 82-M, and a butler matrix circuit (hereinafter abbreviated as BM circuit) 83.
  • the subtractors 84-1 to 84-N are provided.
  • Each of the variable amplifiers 81-1 to 81-M is an amplifier whose gain can be changed.
  • Each of the variable phase shifters 82-1 to 82-M is a phase shifter in which the amount of phase shift can be changed.
  • the transmitting UCA 9 and the receiving UCA 10 are provided separately, but the plurality of antenna elements constituting the transmitting UCA 9 and the antenna elements constituting the receiving UCA 10 are arranged concentrically. Therefore, the propagation distance can be cyclically expressed as in the first embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of the transmission UCA 9 and the reception UCA 10 of the present embodiment.
  • N which is the number of antenna elements of each of the transmitting UCA 9 and the receiving UCA 10, is 8.
  • the transmitting UCA 9 includes antenna elements 91-1 to 91-8, which are examples of a plurality of transmitting antenna elements
  • the receiving UCA 10 includes antenna elements 101-1 to 101-8, which are examples of a plurality of receiving antenna elements.
  • the antenna elements 91-1 to 91-8 are arranged at equal intervals on the circumference of the first circle.
  • the antenna elements 101-1 to 101-8 are arranged at equal intervals on the circumference of the first circle in which the antenna elements 91-1 to 91-8 are arranged.
  • the antenna element 91-1 is arranged between the antenna element 101-1 and the antenna element 101-2.
  • the distance between the two adjacent antenna elements 91-1 to 91-8 of the antenna elements 91-1 to 91-8 is equal to each of the two transmitting antenna elements. Be placed.
  • the antenna element 91-1 has a distance on the circumference between the antenna element 91-1 and the antenna element 101-1 and a circumference on the circumference between the antenna element 91-1 and the antenna element 101-2. The intervals are arranged so that they are equal to each other.
  • the propagation distance can be cyclically represented as in the first embodiment. That is, by associating the elements hk and l of the matrix of the equation (5) of the first embodiment with the line-of-sight communication paths from the antenna element 91- (l + 1) to the antenna element 101- (k + 1), the embodiment is carried out. Similar to the first embodiment, the matrix indicating the line-of-sight communication path can be represented by a circulant matrix.
  • the diagonal component of the matrix of the equation (5) does not become 0 because it corresponds to the case where the transmitting antenna element and the receiving antenna element are different.
  • the propagation distance although different from the first embodiment, it is possible to calculate the diagonal matrix H D in a similar manner as in the first embodiment in the present embodiment.
  • Each variable amplifier 81-1 ⁇ 81-M the gain in accordance with the corresponding elements of the diagonal matrix H D is set.
  • Each phase shift amount of the variable phase shifter 82-1 ⁇ 82-M is set according to the corresponding elements of the diagonal matrix H D.
  • Each of the variable amplifiers 81-1 to 81-M amplifies the amplitude of the corresponding transmission signals X 0 to X M-1 based on the set gain, and the amplified signal is the corresponding variable phase shifter.
  • Output to 82-1 to 82-M respectively.
  • Each of the variable phase shifters 82-1 to 82-M changes the phase of the input signal by a set amount of phase shift, and outputs the changed phase signal to the BM circuit 83.
  • the BM circuit 83 has M input ports and N output ports.
  • the BM circuit 83 performs the same processing as the discrete Fourier transform on the M signals input from the variable phase shifters 82-1 to 82-M to generate N signals and generate N signals.
  • the signal output from the BM circuit 83 to the subtractors 84-1 to 84-N is a replica of the interference signal of the present embodiment.
  • Each of the subtractors 84-1 to 84-N receives each replica of the corresponding interference signal from the received OAM signals v 0 to v N-1 input from each of the corresponding antenna elements 101-1 to 101-N. Subtraction is performed, and the subtraction results are output to the receiving BM circuit 2 as received OAM signals y 0 to y N-1, respectively.
  • variable amplifiers 81-1 to 81-M, the variable phase shifters 82-1 to 82-M, and the BM circuit 83 form an interference signal generation circuit.
  • the communication device 100a-1 having UCA separately for transmission and reception generates an interference signal in the same manner as the generation of the second interference signal in the first embodiment.
  • the communication device 100a-1 can generate a replica of the interference signal generated by the first signal.
  • the antenna elements 91-1 to 91-N constituting the transmitting UCA 9 and the antenna elements 101-1 to 101-N constituting the receiving UCA 10 are alternately arranged at equal phase intervals on the circumference of the same circle.
  • the variable amplifiers 81-1 to 81-M, the variable phase shifters 82-1 to 82-M, and the BM circuit 83 generate an interference signal.
  • a circuit can be configured, and an interference signal can be generated with a simple circuit configuration.
  • Embodiment 3 Next, the third embodiment according to the present invention will be described.
  • the configuration of the communication device 100a-1 of the present embodiment is the same as that of the second embodiment except that the arrangement of the antenna elements constituting the transmitting UCA 9 and the receiving UCA 10 is different from that of the second embodiment.
  • the components having the same functions as those in the second embodiment are designated by the same reference numerals as those in the second embodiment, and the duplicate description will be omitted.
  • the points different from the second embodiment will be mainly described.
  • the antenna elements 91-1 to 91-N constituting the transmitting UCA 9 and the antenna elements 101-1 to 101-N constituting the receiving UCA 10 are arranged in the same circle at equal phase intervals. did.
  • the antenna elements 91-1 to 91-N constituting the transmitting UCA 9 and the antenna elements 101-1 to 101-N constituting the receiving UCA 10 are placed on the circumferences of concentric circles having different radii. Deploy.
  • FIG. 13 is a diagram showing an arrangement example of each antenna element of the transmitting UCA 9 and the receiving UCA 10 of the present embodiment.
  • the antenna elements 91-1 to 91-8 are arranged at equal intervals on the circumference of the first circle.
  • the antenna elements 101-1 to 101-8 are equal to the circumference of the second circle, which has a smaller radius than the first circle in which the antenna elements 91-1 to 91-8 are arranged and is concentric with the first circle. Arranged at intervals. In this way, even when the antenna elements 91-1 to 91-8 and the antenna elements 101-1 to 101-8 are arranged on the circumferences of concentric circles having different radii, the same as in the second embodiment.
  • a plurality of propagation distances from any one of the antenna elements 91-1 to 91-8 of the transmitting UCA9 to each of the antenna elements 101-1 to 101-8 of the receiving UCA10 is the antenna element 91-1 of the transmitting UCA9. It is the same as the plurality of propagation distances from the other antenna elements of ⁇ 91-8 to each of the antenna elements 101-1 to 101-8 of the receiving UCA10.
  • the gain set for each of the variable amplifiers 81-1 to 81-M and the amount of phase shift set for each of the variable phase shifters 82-1 to 82-M differ depending on the arrangement of the antenna elements.
  • the configuration and operation of the interference elimination circuit 8 are the same as those in the second embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram showing another arrangement example of each antenna element of the transmitting UCA 9 and the receiving UCA 10 of the present embodiment.
  • the antenna elements 91-1 to 91-8 are arranged at equal intervals on the circumference of the first circle.
  • the antenna elements 101-1 to 101-8 are equal to the circumference of a second circle having a radius larger than that of the first circle in which the antenna elements 91-1 to 91-8 are arranged and being concentric with the first circle. Arranged at phase intervals.
  • the antenna elements 101-1 to 101-8 may be arranged at equal phase intervals on the circumference of a concentric circle having a radius larger than the circle in which the antenna elements 91-1 to 91-8 are arranged.
  • the plurality of propagation distances from any one of the antenna elements 91-1 to 91-8 of the transmitting UCA9 to each of the antenna elements 101-1 to 101-8 of the receiving UCA10 is the transmission UCA9. It is the same as the plurality of propagation distances from the other antenna elements 91-1 to 91-8 to each of the antenna elements 101-1 to 101-8 of the receiving UCA10. Therefore, as in the second embodiment, it is possible to calculate the diagonal matrix H D.
  • the arrangement shown in FIG. 12 described in the second embodiment and the arrangement shown in FIGS. 13 and 14 described in the present embodiment are examples of arrangements in which the line-of-sight communication path is cyclically represented. If the line-of-sight communication path is arranged to be cyclically represented and the propagation path matrix of the line-of-sight communication path can be represented by the above equation (7), the interference elimination described in the second embodiment is not limited to these examples.
  • the method can be applied.
  • the propagation path between the antenna elements 91-1 to 91-8 constituting the transmitting UCA 9 and the antenna elements 101-1 to 101-8 constituting the receiving UCA 10 satisfies the relationship shown in the above equation (7). When we say that these propagation paths have cyclic symmetry.
  • the antenna elements 91-1 to 91-N constituting the transmitting UCA 9 and the antenna elements 101-1 to 101 constituting the receiving UCA 10 are formed on the circumferences of concentric circles having different radii. -N and each were arranged. Thereby, the same effect as that of the second embodiment can be obtained.
  • Each circuit described in the above embodiment is a processing circuit, and may be dedicated hardware or a processing circuit including a processor such as a CPU that executes a program stored in a memory.
  • the processing circuit is also called a control circuit.
  • FIG. 15 is a diagram showing a configuration example of a processing circuit when the processing circuit of each embodiment includes a CPU.
  • the processing circuit includes a CPU 201 and a memory 202.
  • the CPU 201 executes the program stored in the memory 202, thereby realizing the function of at least one circuit.
  • This program may be provided by a program storage medium or a communication medium.
  • a part may be realized by dedicated hardware and a part may be realized by the processing circuit shown in FIG.
  • the program receives a first step of generating a replica of an interference signal, which is received with one or more signals transmitted from another device, based on the one or more signals transmitted to the other device.
  • the communication device 100-1 or the communication device 100a-1 is made to execute the second step of subtracting the replica from the generated signal.
  • At least one of the interference signal generation circuits included in each of the first interference elimination circuit 6 and the second interference elimination circuit 7 described in the first embodiment may be realized by dedicated hardware. It may be realized by the processing circuit shown in 15. Further, the interference signal generation circuit included in the interference elimination circuit 8 described in the second embodiment may be realized by dedicated hardware or may be realized by the processing circuit shown in FIG.
  • the configuration shown in the above-described embodiment shows an example of the content of the present invention, can be combined with another known technique, and is one of the configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

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Abstract

本発明にかかる通信装置(100-1)は、通信装置(100-2)との間で軌道角運動量を利用して全二重無線通信を行う通信装置(100-1)であって、通信装置(100-2)から送信された1つ以上の信号とともに受信する干渉信号、のレプリカを、通信装置(100-2)へ送信する1つ以上の信号に基づいて生成し、受信した信号からレプリカを減算する第2干渉除去回路(7)、を備える。

Description

通信装置、干渉信号生成回路、制御回路、干渉除去方法およびプログラム記憶媒体
 本発明は、軌道角運動量を利用した全二重通信を行う通信装置、干渉信号生成回路、制御回路、干渉除去方法およびプログラム記憶媒体に関する。
 新たな空間多重伝送方式として、軌道角運動量(Orbital Angular Momentum:OAM)を利用した無線通信システムに注目が集まっている。OAMは、電波の状態を示す物理量の1つであり、進行方向に垂直な平面における位相の回転の状態で表す。OAMを利用した無線通信では、電波は、進行方向に対して等位相面が螺旋状となるように生成される。このように生成された電波はOAM波と呼ばれる。1波長あたりのOAM波の位相の回転数はOAMモードと呼ばれる。送信装置から送信されたOAM波は、送信されたOAM波と同じOAMモードに対応した受信装置によって受信可能である。OAMモードが互いに異なる複数のOAM波は直交するため、OAMモードの異なる複数のOAM波を合成することで空間分割多重(Spatial Division Multiplexing:SDM)伝送が可能となる。OAMモードの異なる複数のOAM波を用いた空間分割多重は、OAM多重と呼ばれる。受信装置は、送信装置によってOAM多重された信号を、OAM多重で用いられた複数のOAMモードごとに分離する。
 OAM波の生成方法には、様々な方法があるが、等間隔円形アレイ(Uniform Circular Array:UCA)アンテナを用いた方法が、特に、注目を集めている。これは、UCAアンテナを用いてOAM波を生成すると、様々なOAMモードのOAM波を送信および受信できるので、汎用性が高いためである。UCAアンテナを用いてOAM多重が行われる場合には、バトラーマトリクス(Butler Matrix)回路などによって、互いに異なるOAMモードに割り当てられた複数の送信信号に、それぞれのOAMモードに対応した位相回転が与えられる。そして、位相回転後のこれら複数の送信信号が合成されてUCAから電波として放射される。
 近年、OAMを用いた全二重無線通信システムが提案されている。OAMを用いた無線通信では、OAMの直交性を利用することにより、同一周波数を用いてかつ同時送受信が可能な全二重無線通信システムを実現することができる。特許文献1には、OAMの直交性を利用して、送信と受信とで異なるOAMモードを用いることで、同一周波数を用いてかつ同時に送受信を行う全二重無線通信システムが開示されている。
特開2015-207799号公報
 しかしながら、上記特許文献1に記載の技術によれば、OAMの直交性のみを送受信の分離に利用している。一方、同一周波数を用いてかつ同時に送受信を行う場合、通信装置が送信した送信信号が受信アンテナへ回り込むことにより、自己干渉(self-interference)が生じることがある。すなわち、OAMを用いた通信を行う第1通信装置が、通信相手である第2通信装置から信号を受信するときに、第1通信装置から第2通信装置へ送信される信号が干渉信号となることがある。この干渉信号は、第1通信装置にとって信号を受信するときの雑音となるため、低減されることが望ましい。しかしながら、OAMの直交性を用いた送受信の分離だけでは、自己干渉の低減が十分でないことがある。自己干渉を低減させる方法として、各通信装置が、干渉信号のレプリカを生成してこのレプリカを受信信号から差し引く方法が考えられるが、特許文献1には、干渉信号のレプリカの生成方法は開示されていない。
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、通信相手への第1信号の送信と、通信相手からの第2信号の受信との両方を、OAMを用いた通信方式で行う通信装置であって、第1信号によって生じる干渉信号のレプリカを生成することができる通信装置を得ることを目的とする。
 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる通信装置は、他の装置との間で軌道角運動量を利用して全二重無線通信を行う通信装置であって、他の装置から送信された1つ以上の信号とともに受信する干渉信号、のレプリカを、他の装置へ送信する1つ以上の送信信号に基づいて生成し、受信した信号からレプリカを減算する干渉除去回路、を備える。
 本発明にかかる通信装置は、通信相手への第1信号の送信と、通信相手からの第2信号の受信との両方を、OAMを用いた通信方式で行う通信装置であって、第1信号によって生じる干渉信号のレプリカを生成することができるという効果を奏する。
実施の形態1にかかる通信装置の構成例を示す図 実施の形態1の送信BM回路の入力ポートおよび出力ポートの一例を示す図 実施の形態1の受信BM回路の入力ポートおよび出力ポートの一例を示す図 実施の形態1の分離回路およびUCAの構成例を示す図 実施の形態1の第1干渉除去回路の構成例を示す図 実施の形態1のアンテナ素子の配置例を示す図 実施の形態1の第1のアンテナ素子であるアンテナ素子と、他のアンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬距離を示す図 第1のアンテナ素子に隣接する第2のアンテナ素子と、他のアンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬距離を示す図 実施の形態1の第2干渉除去回路の構成例を示す図 実施の形態2にかかる通信装置の構成例を示す図 実施の形態2の干渉除去回路の構成例を示す図 実施の形態2の送信UCAおよび受信UCAの構成例を示す図 実施の形態3の送信UCAおよび受信UCAのそれぞれのアンテナ素子の配置例を示す図 実施の形態3の送信UCAおよび受信UCAのそれぞれのアンテナ素子の別の配置例を示す図 各実施の形態の処理回路がCPU(Central Processing Unit)を備える場合の処理回路の構成例を示す図
 以下に、本発明の実施の形態にかかる通信装置、干渉信号生成回路、制御回路、干渉除去方法およびプログラム記憶媒体を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
 図1は、本発明の実施の形態1にかかる通信装置の構成例を示す図である。本実施の形態の通信装置100-1は、送信バトラーマトリクス回路(以下、送信BM回路と略す)1と、受信バトラーマトリクス回路(以下、受信BM回路と略す)2と、分離回路3と、等間隔円形アレイアンテナ(以下、UCAと略す)4とを備える。図1には、通信装置100-1の通信相手となる通信装置100-2も図示している。
 通信装置100-1は、他の装置との間で軌道角運動量(OAM)を利用して全二重無線通信を行う。詳細には、通信装置100-1は、同一周波数を用いてかつ同時に送受信を行うことが可能な全二重無線通信を行う。なお、通信装置100-1は、同一周波数を用いてかつ同時に送受信を行うことが可能であるが、送受信を常時同時に行う必要はなく、また複数の周波数を切替えて使用するなど、複数の周波数を用いた通信を行ってもよい。通信装置100-2の構成は通信装置100-1と同様である。
 送信BM回路1は、複数の入力ポートと複数の出力ポートとを備え、当該複数の入力ポートのうち少なくとも1つから入力される1つ以上の送信信号に、入力ポートごとに異なる位相回転を与えて出力する。送信BM回路1は、1つ以上の送信信号である1つ以上の第1送信信号に位相を与えることにより複数の第2送信信号を生成する。図2は、本実施の形態の送信BM回路1の入力ポートおよび出力ポートの一例を示す図である。図2に示すように、送信BM回路1は、複数の入力ポートの一例である入力ポート11-1~11-M(Mは2以上の整数)と、複数の出力ポートの一例である出力ポート12-1~12-N(Nは2以上の整数)とを備える。入力ポートの数であるMは、通信装置100-1が多重することが可能な最大の送信信号の数に対応する。送信BM回路1の入力信号および出力信号については後述する。送信BM回路1の出力ポート12-1~12-Nからそれぞれ出力される複数の第2送信信号のそれぞれを、以下送信OAM信号とも呼ぶ。
 送信BM回路1から出力される複数の送信OAM信号は、分離回路3を経由して、UCA4に入力される。分離回路3については後述する。UCA4は、送信BM回路1から入力された送信OAM信号を電波として放射する。UCA4は、環状に並んだ複数のアンテナ素子を備える。UCA4が備えるアンテナ素子の数は、送信BM回路1の出力ポートの数と同じである。通信装置100-1は、このように、1つ以上の送信信号に送信BM回路1によって位相回転を与えた後に、当該送信信号をUCA4から電波として送出することで、1つ以上の送信信号をOAM波として送信することができる。送信BM回路1の複数の入力ポートにそれぞれ複数の送信信号が入力される場合には、これらの送信信号がOAM多重されることになる。バトラーマトリクス回路とUCAとを用いてOAM多重を行う方法は、一般的な方法と同様であるため、詳細な説明は省略する。
 本実施の形態の通信装置100-1が備えるUCA4は、送信と受信との両方に用いられる送受信アンテナである。すなわち、UCA4は、送信等間隔アレイアンテナでもあり、受信等間隔アレイアンテナでもある共用等間隔アレイアンテナである。UCA4は、通信装置100-1と同様の構成を有する通信装置100-2から、OAM多重された信号を電波として受信する。UCA4は、受信した信号を分離回路3へ出力する。上述したように、通信装置100-1は、同一周波数を用いてかつ同時に送受信を行うことが可能であり、かつUCA4は送受信アンテナであるため、UCA4は電波の送出と電波の受信を同時に行うことが可能である。このため、UCA4に接続される伝送線路は、UCA4が受信した信号と送信OAM信号との両方を伝送する。分離回路3は、伝送線路において進行波と反射波とを分離することによって、UCA4が受信した信号と送信OAM信号とを分離する。分離回路3は、分離した送信OAM信号をUCA4へ出力する。また、分離回路3は、分離した、UCA4の各アンテナ素子が受信した信号からそれぞれ干渉信号のレプリカを減算し、レプリカを減算した後の信号のそれぞれを受信OAM信号として受信BM回路2へ出力する。分離回路3の動作の詳細については後述する。
 受信BM回路2は、複数の入力ポートと複数の出力ポートとを備え、送信BM回路1が行う処理の逆の処理を行う。これにより、受信BM回路2は、OAM多重された受信OAM信号を、分離することができる。すなわち、通信装置100-1は、通信装置100-2においてOAM多重された複数の送信信号のそれぞれに対応する受信信号を得ることができる。図3は、本実施の形態の受信BM回路2の入力ポートおよび出力ポートの一例を示す図である。図3に示すように、受信BM回路2は、複数の入力ポートの一例である入力ポート22-1~22-Nと、複数の出力ポートの一例である出力ポート21-1~21-Mと、を備える。このように、受信BM回路2の入力ポートの数は、送信BM回路1の出力ポートの数と同じであり、受信BM回路2の出力ポートの数は送信BM回路1の入力ポートの数と同じである。UCAとバトラーマトリクス回路とを用いてOAM多重された信号を分離する方法は、一般的な方法と同様であるため、詳細な説明は省略する。
 次に、本実施の形態の分離回路3について説明する。図4は、本実施の形態の分離回路3およびUCA4の構成例を示す図である。分離回路3は、図4に示すように、方向性結合器5-1~5-Nと、第1干渉除去回路6と、第2干渉除去回路7とを備える。UCA4は、アンテナ素子41-1~41-Nを備える。
 送信BM回路1の出力ポート12-1~12-Nからそれぞれ出力された送信OAM信号は、方向性結合器5-1~5-Nに入力されるとともに、第1干渉除去回路6へも入力される。また、方向性結合器5-1~5-Nのそれぞれは、UCA4のアンテナ素子41-1~41-Nと伝送線路で接続されている。方向性結合器5-i(i=1,2,・・・,N)は、送信BM回路1の出力ポート12-iから出力された送信OAM信号をUCA4のアンテナ素子41-iへ出力する。アンテナ素子41-iと方向性結合器5-iとの間の各伝送線路は、アンテナ素子41-iにより受信された信号と方向性結合器5-iからアンテナ素子41-iへ向けて出力された信号とを伝送する。方向性結合器5-iは、対応する伝送線路における進行波と反射波とを分離することにより、アンテナ素子41-iが受信した受信信号と、UCA4のアンテナ素子41-iへ出力した送信OAM信号とを分離し、アンテナ素子41-iが受信した受信信号を第1干渉除去回路6へ出力する。このように、方向性結合器5-1~5-Nは、それぞれがアンテナ素子41-1~41-Nのうち対応するアンテナ素子と接続され、それぞれが、対応する送受信アンテナにおける送信信号と受信信号とを分離する。
 ここで、本実施の形態における干渉除去について説明する。本実施の形態の通信装置100-1は、通信相手である通信装置100-2への第1信号の送信と、通信装置100-2からの第2信号の受信との両方を、OAMを用いた通信方式で行う。第1信号は、通信装置100-1によりOAM多重された信号であり、第2信号は通信装置100-2によりOAM多重された信号である。通信装置100-1は、第2信号を受信するが、第2信号の受信と第1信号の送信とが同時に行われると、自己干渉が生じることがある。本実施の形態では、分離回路3は自己干渉を低減させる機能を有することにより、自己干渉の影響を抑制する。
 自己干渉としては、あるアンテナ素子から送信される信号が当該アンテナ素子自身に影響を与えるアンテナ内干渉と、あるアンテナ素子から送信された信号が他のアンテナ素子に影響を与えるアンテナ間干渉と、が例示される。アンテナ内干渉は、例えば、あるアンテナ素子で送信する信号が反射、回折などにより当該アンテナ素子で受信されることにより生じる。また、方向性結合器5-1~5-Nにおいてポート分離が不十分であるために方向性結合器5-1~5-Nのそれぞれの送信ポートからそれぞれの受信ポートへ信号が回り込むことにより生じる干渉もアンテナ内干渉の一例である。なお、ここでいうアンテナ内とは、実際のアンテナ素子内部だけを意味するのではなく、単一のアンテナ素子に対応する系を示し、対応する方向性結合器も含む。アンテナ間干渉は、例えば、あるアンテナ素子から送信された信号が他のアンテナ素子で受信されることにより生じる。また、方向性結合器5-1~5-Nのポート間漏洩により、ある方向性結合器から出力された信号が別の方向性結合器へ回り込む場合もアンテナ間干渉となる。
 以下アンテナ内干渉を第1自己干渉とも呼び、アンテナ間干渉を第2自己干渉とも呼ぶ。第1自己干渉は、アンテナが送信と受信とで共用される場合に受信処理に影響を与える。第2自己干渉は、アンテナが送信と受信とで別に設けられる場合と送信と受信とで共用される場合との両方で受信処理に影響を与える。本実施の形態では、UCA4が送受信アンテナであるため、通信装置100-1は、第1自己干渉と第2自己干渉との両方の影響を受ける。このため、本実施の形態の分離回路3は、第1自己干渉と第2自己干渉との両方を低減させる機能を有する。
 第1干渉除去回路6は、送信BM回路1の出力ポート12-iから入力された送信OAM信号を用いて、方向性結合器5-iから入力された受信信号から第1自己干渉を除去する。なお、以下、干渉を低減させることを、干渉を除去するともいう。すなわち、干渉を除去するとは、干渉の除去が干渉成分を完全に取り除く場合だけでなく、干渉が低減されることも意味する。第1干渉除去回路6は、第1自己干渉が除去されたN個の受信信号を第2干渉除去回路7へ出力する。
 次に、本実施の形態の動作と、第1自己干渉の除去および第2自己干渉の除去の詳細とについて説明する。送信BM回路1は、図2に示したように、入力ポート11-1~11-Mを有する。入力ポート11-1~11-Mにそれぞれ入力されるM個の送信信号を、それぞれX~XM-1とする。入力ポート11-1~11-Mのそれぞれは、互いに異なるOAMモードに対応する。送信信号X(m=0,1,・・・,M-1)を、m番目のOAMモードの送信信号と呼ぶ。また、送信BM回路1の出力ポート12-1~12-Nからそれぞれ出力される送信OAM信号をそれぞれx~xN-1とする。送信BM回路1における処理は、離散フーリエ変換演算と同等であり、n(n=0,1,・・・,N-1)番目の送信OAM信号xは、以下の式(1)で表現できる。なお、jは虚数単位である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 なお、送信BM回路1における処理は、離散フーリエ変換行列Fを用いて、以下の式(2)のように表現することもできる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 受信BM回路2は、図3に示したように、入力ポート22-1~22-Nと、出力ポート21-1~21-Mとを有する。受信BM回路2の入力ポート22-1~22-Mにそれぞれ入力されるM個の受信OAM信号を、それぞれy~yN-1とする。また、受信BM回路2の出力ポート21-1~21-Mからそれぞれ出力される受信信号をそれぞれY~YM-1とする。受信BM回路2における処理は、逆離散フーリエ変換演算と同等であり、m(m=0,1,・・・,M-1)番目のOAMモードの受信信号Yは、以下の式(3)で表現できる。受信信号Yは、通信装置100-2から送信されたm番目のOAMモードの送信信号に対応する受信である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 なお、受信BM回路2における処理は、離散フーリエ変換行列Fを用いて、以下の式(4)のように表現することもできる。右肩のHは、エルミート共役を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 次に、分離回路3の動作を説明する。図4に示すように、アンテナ素子41-1~41-Nでそれぞれ受信された信号をそれぞれ受信OAM信号u~uN-1とする。アンテナ素子41-1~41-Nと方向性結合器5-1~5-Nとをそれぞれ接続するN個の伝送線路は、それぞれ受信OAM信号u~uN-1と送信OAM信号x~xN-1とを伝送する。なお、図4では、図示の都合から、アンテナ素子41-2に対応する受信OAM信号uおよび送信OAM信号xの図示を省略している。
 上述したように、方向性結合器5-iは、アンテナ素子41-iが受信した受信OAM信号ui-1と、アンテナ素子41-iへ出力した送信OAM信号xi-1とを分離し、受信OAM信号ui-1を第1干渉除去回路6へ出力する。第1干渉除去回路6は、方向性結合器5-1~5-Nから出力された受信OAM信号にそれぞれ含まれる送信OAM信号x~xN-1による第1自己干渉を除去するものである。以下、第1自己干渉における干渉信号を第1干渉信号と呼ぶ。第1干渉信号は、複数の送受信アンテナ素子であるアンテナ素子41-1~41-Nから送信される複数の送信信号が、複数の送信信号のそれぞれの送信元のアンテナ素子41-1~41-Nに回りこむことにより生じる干渉信号である。
 方向性結合器5-iから出力された受信OAM信号に含まれる第1干渉信号は、例えば、送信BM回路1から出力された送信OAM信号xi-1が、方向性結合器5-iおよびアンテナ素子41-iを経由して再び方向性結合器5-iへ入力されて方向性結合器5-iから出力されたものである。この送信OAM信号xi-1の伝搬路を第1干渉伝搬路と呼ぶ。第1干渉伝搬路は、アンテナ素子41-iから送信する送信OAM信号xi-1がアンテナ素子41-iの受信処理を行う系で受信されるループバックチャネルである。第1干渉伝搬路には、例えば、アンテナ素子41-i内の反射、回折などを経て同一のアンテナ素子41-iで受信される伝搬路、および方向性結合器5-i内のポート間の漏洩伝搬路のうちの1つ以上が含まれる。方向性結合器5-iから出力された受信OAM信号に含まれる第1干渉信号は、送信OAM信号xi-1が第1干渉伝搬路を経由することにより振幅および位相が変化したものである。したがって、通信装置100-1は、送信OAM信号xi-1の振幅および位相を第1干渉伝搬路の伝達関数に合わせて調整することで、第1干渉信号のレプリカ(複製)を生成することができる。
 本実施の形態では、分離回路3の第1干渉除去回路6が、送信OAM信号x~xN-1のそれぞれに対応するN個の第1干渉信号のレプリカを生成して、方向性結合器5-1~5-Nから入力される信号から、このレプリカを減算する。これにより、第1干渉除去回路6は、第1自己干渉を除去することができる。
 図5は、本実施の形態の第1干渉除去回路6の構成例を示す図である。図5に示すように、第1干渉除去回路6は、可変増幅器61-1~61-Nと、可変移相器62-1~62-Nと、減算器63-1~63-Nとを備える。可変増幅器61-1~61-Nのそれぞれは、利得を変更可能な増幅器である。可変移相器62-1~62-Nのそれぞれは、移相量を変更可能な移相器である。可変増幅器61-1~61-Nのそれぞれは、対応する送信OAM信号x~xN-1の振幅を、設定された利得に基づいて増幅し、増幅後の信号を、対応する可変移相器62-1~62-Nへそれぞれ出力する。可変移相器62-1~62-Nのそれぞれは、入力された信号の位相を設定された移相量だけ変化させ、位相を変化させた信号を、対応する減算器63-1~63-Nへそれぞれ出力する。可変増幅器61-1~61-Nのそれぞれの利得と、可変移相器62-1~62-Nのそれぞれの移相量とを、第1干渉伝搬路における振幅および位相の変化に基づいて設定しておく。これにより、可変移相器62-1~62-Nから対応する減算器63-1~63-Nへ出力される信号は、第1干渉信号のレプリカとなる。なお、第1干渉伝搬路における伝達関数、すなわち振幅および位相の変化は、設計値に基づいて算出されてもよいし、あらかじめ試験などにより取得しておいてもよい。
 減算器63-1~63-Nのそれぞれは、対応する可変移相器62-1~62-Nから入力された信号を、対応する方向性結合器5-1~5-Nから出力された信号から減算し、減算した結果を第2干渉除去回路7へ出力する。減算器63-1~63-Nから出力される信号をそれぞれ受信OAM信号z~zN-1とする。受信OAM信号z~zN-1は、方向性結合器5-iから出力された受信OAM信号から、第1干渉信号のレプリカが減算されたものである。
 次に、第2干渉除去回路7について説明する。第2干渉除去回路7は、他の装置である通信装置100-2から送信された1つ以上の信号とともに受信する干渉信号、のレプリカを、他の装置へ送信する1つ以上の送信信号である送信信号X~XM-1に基づいて生成し、受信した信号からレプリカを減算する。具体的には、第1干渉除去回路6から入力される受信OAM信号z~zN-1から、アンテナ間干渉である第2自己干渉を除去する。以下、第2自己干渉における干渉信号を第2干渉信号と呼ぶ。第2干渉信号は、アンテナ素子41-iから送信される送信OAM信号xi-1が、アンテナ素子41-k(k≠i)で受信された信号に影響する干渉信号である。
 ここで、受信OAM信号zk-1は、アンテナ素子41-kで受信されて、方向性結合器5-kおよび第1干渉除去回路6を経由して第2干渉除去回路7に入力される。受信OAM信号zk-1に含まれる第2干渉信号は、例えば、送信BM回路1から出力された送信OAM信号xi-1が、方向性結合器5-1~5-Nのいずれか1つ以上と、アンテナ素子41-1~41-Nのいずれか1つ以上とのうちの少なくとも1つを経由して、方向性結合器5-kの第1干渉除去回路6へ向かうポートから出力されたものである。そして、この送信OAM信号xi-1が、方向性結合器5-kから出力されて第1干渉除去回路6を介して第2干渉除去回路7へ入力される。この送信OAM信号xi-1の伝搬路を第2干渉伝搬路と呼ぶ。受信OAM信号zk-1に含まれる第2干渉信号は、送信OAM信号x~xN-1のうち複数の送信OAM信号がそれぞれに対応する第2干渉伝搬路を介して第2干渉除去回路7へ入力されたものの足し合わせの場合もある。
 第2干渉伝搬路としては、様々な伝搬路が考えられる。例えば、第2干渉伝搬路として、送信OAM信号xi-1が、アンテナ素子41-iから電波として送出された後に反射、回折などの影響を受けずに、他のアンテナ素子であるアンテナ素子41-kで受信される見通し(line-of-sight)通信路が挙げられる。また、第2干渉伝搬路として、反射、回折などの影響を受けて送信信号が受信アンテナに入る見通し外(non-line-of-sight)通信路が挙げられる。見通し外通信路は、伝搬距離に応じた距離減衰だけでなく、反射、回折などによる信号レベルの減衰がある。このため、第2干渉信号は、反射、回折などによる減衰の生じない見通し通信路を経由した送信OAM信号xi-1が支配的となる。したがって、本実施の形態の第2干渉除去回路7は、見通し通信路を経由した送信OAM信号xi-1を第2干渉信号として扱い、第2干渉信号のレプリカを受信OAM信号zk-1から減算することで、第2自己干渉の除去を行う。
 受信OAM信号z~zN-1にそれぞれ含まれる、見通し通信路を経由した送信OAM信号x~xN-1は、以下の式(5)で表現できる。なお、式(5)の左辺のy (式中のハーチェクを文章中では上付きのvで示す)は、受信OAM信号zに含まれる、見通し通信路を経由した送信OAM信号x~xN-1である。また、hk,lは、アンテナ素子41-(l+1)とアンテナ素子41-(k+1)との間の見通し通信路のインパルス応答を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 hk,lは、以下の式(6)で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 なお、dk,lは、アンテナ素子41-(l+1)とアンテナ素子41-(k+1)との間の伝搬距離を示す。なお、式(5)の行列では対角成分、すなわち送信するアンテナ素子と受信するアンテナ素子とが同一である場合に対応する要素、も含まれるが、伝搬距離が0であるため、式(5)の行列では対角成分は0となる。また、βは、全アンテナ素子41-1~41-Nで共通の減衰量および位相回転を示し、λは、アンテナ素子41-1~41-Nが送信する電波の波長を示している。式(6)から、hk,lは、アンテナ素子間の伝搬距離に依存していることがわかる。
 ここで、UCA4は、アンテナ素子41-1~41-Nが、円周上に等間隔で並んだものである。本実施の形態では、アンテナ素子41-1~41-Nは、それぞれが送信アンテナ素子であるとともに受信アンテナ素子でもある。すなわち、アンテナ素子41-1~41-Nのそれぞれは、送受信アンテナ素子である。図6は、本実施の形態のアンテナ素子41-1~41-Nの配置例を示す図である。図6に示した例ではNを8としている。図6に示すように、アンテナ素子41-1~41-8は、同一平面内で環状に等位相間隔で並んでいる。このように、同一平面内で環状に等位相間隔でアンテナ素子41-1~41-8が並ぶことから、あるアンテナ素子41-1~41-8からみた他のアンテナ素子41-1~41-8への伝搬距離は、アンテナ素子41-1~41-8によらず、同様である。
 図7は、本実施の形態の第1のアンテナ素子であるアンテナ素子41-1と、他のアンテナ素子41-2~41-8のそれぞれとの間の伝搬距離を示す図である。図8は、第1のアンテナ素子に隣接する第2のアンテナ素子であるアンテナ素子41-2と、他のアンテナ素子41-1,41-3~41-8のそれぞれとの間の伝搬距離を示す図である。図8および図7では、伝搬距離を、起点となるアンテナ素子41-1,41-2のそれぞれから、他のアンテナ素子へ向かう矢印の長さで示している。例えば、図7において、アンテナ素子41-1とアンテナ素子41-2との間の伝搬距離は、アンテナ素子41-1からアンテナ素子41-2へ向かう矢印の長さで示される。図7と図8からわかるように、各矢印の起点および終点となるアンテナ素子の番号は異なるものの、起点となるアンテナ素子を一致させるように回転させると、各矢印は図7と図8とで一致する。アンテナ素子41-1~41-8のうち1つのアンテナ素子を起点とする他のアンテナ素子41-1~41-8との間の7つの伝搬距離は、起点となるアンテナ素子を変更しても、7つの伝搬距離の値自体は同じである。
 このため、hk,lは、以下の式(7)で表すことができる。下記式(7)に示す関係を満たすとき、アンテナ素子41-1~41-8のそれぞれと、アンテナ素子41-1~41-8のそれぞれとの間の直接波の伝搬距離に基づいて生成される伝搬路行列すなわち式(5)の右辺の行列が、巡回対称性を満たすと表現する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 したがって、式(5)の右辺の行列、すなわち見通し通信路を示す行列Hは、以下の式(8)に示す巡回行列で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 ここで、任意の巡回行列は、離散フーリエ変換行列を用いて対角化が可能であるから、以下の式(9)のように対角行列Hを得ることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 以上から、第2干渉信号は、以下の式(10)で表現できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 式(10)より、送信信号X~XM-1に、対角行列Hを乗算した後に、離散フーリエ変換を施すことで第2干渉信号が得られることがわかる。対角行列Hは、式(5)~式(8)により、第2干渉伝搬路の伝搬距離に応じて算出することができる。第2干渉除去回路7は、送信信号X~XM-1のそれぞれの振幅および位相を、第2干渉伝搬路に応じた行列に応じて変化させ、振幅および位相を変化させた結果に離散フーリエ変換を施すことで第2干渉信号のレプリカを生成することができる。すなわち、第2干渉除去回路7は、アンテナ素子41-1~41-Nのそれぞれとアンテナ素子41-1~41-Nのそれぞれとの間の直接波の伝搬距離に基づいて生成された伝搬路行列と、送信信号X~XM-1と、に基づいて第2干渉信号のレプリカを生成する。なお、伝搬路行列については、直接波の伝搬距離に基づいてすなわち設計値に基づいて算出してもよいし、試験により測定されてもよい。例えば、テスト信号をある1つのアンテナ素子から送信して、各アンテナ素子で受信することにより、伝搬路行列を取得してもよい。上述したとおり、バトラーマトリクス回路における処理は離散フーリエ変換と同様であるため、第2干渉除去回路7においてバトラーマトリクス回路を用いた離散フーリエ変換を行うことで簡易な回路構成で第2自己干渉の除去を行うことができる。
 図9は、本実施の形態の第2干渉除去回路7の構成例を示す図である。図9に示すように、第2干渉除去回路7は、可変増幅器71-1~71-Mと、可変移相器72-1~72-Mと、バトラーマトリクス回路(以下、BM回路と略す)73と、減算器74-1~74-Nとを備える。
 なお、上述した通りMはOAM多重可能な最大の数であり、実際に入力される送信信号X~XM-1は、1つ以上であればよい。このため、可変増幅器71-1~71-Mのうちの1つ以上が、1つ以上の第1送信信号である送信信号X~XM-1のそれぞれの振幅を調整すればよい。また、可変移相器72-1~72-Mのうち1つ以上が、1つ以上の可変増幅器71-1~71-Mにより振幅が調整された後の1つ以上の送信信号X~XM-1のそれぞれの位相を調整すればよい。
 可変増幅器71-1~71-Mのそれぞれは、利得を変更可能な増幅器である。可変移相器72-1~72-Mのそれぞれは、移相量を変更可能な移相器である。可変増幅器71-1~71-Mのそれぞれは、対角行列Hの対応する要素に応じて利得が設定される。可変移相器72-1~72-Mのそれぞれの移相量は、対角行列Hの対応する要素に応じて設定される。可変増幅器71-1~71-Mのそれぞれは、対応する送信信号X~XM-1の振幅を、設定された利得に基づいて増幅し、増幅後の信号を、対応する可変移相器72-1~72-Mへそれぞれ出力する。可変移相器72-1~72-Mのそれぞれは、入力された信号の位相を設定された移相量だけ変化させ、位相を変化させた信号を、BM回路73へ出力する。
 BM回路73は、送信BM回路1と同様に、M個の入力ポートとN個の出力ポートを有する。BM回路73として、送信BM回路1と同じ構成の回路を用いることができる。BM回路73は、可変移相器72-1~72-Mからそれぞれ入力されたM個の信号に、離散フーリエ変換と同様の処理を行ってN個の信号を生成してN個の信号をそれぞれ対応する減算器74-1~74-Nへ出力する。BM回路73から減算器74-1~74-Nへ出力される信号は、第2干渉信号のレプリカとなる。すなわち、BM回路73は、1つ以上の可変移相器72-1~72-Mにより振幅が調整された後の1つ以上の送信信号X~XM-1にそれぞれ位相を与えることにより第2干渉信号のレプリカを生成する。減算器74-1~74-Nのそれぞれは、対応する受信OAM信号z~zN-1から、対応する第2干渉信号のレプリカを減算して、減算結果をそれぞれ受信OAM信号y~yN-1として受信BM回路2へ出力する。
 なお、第1干渉除去回路6および第2干渉除去回路7の構成は、上述した例に限定されない。第1干渉除去回路6および第2干渉除去回路7は、少なくとも一方が、ソフトウェアを用いて実現されてもよい。すなわち、第1干渉除去回路6および第2干渉除去回路7のうち少なくとも1つの動作を記述したプログラムが実行されることにより、第1干渉除去回路6および第2干渉除去回路7のうち少なくとも1つが実現されてもよい。なお、図9に示したように、可変増幅器71-1~71-M、可変移相器72-1~72-MおよびBM回路73を用いて第2干渉信号を生成すると、簡易な回路構成で干渉信号を生成することができる。
 本実施の形態では、第1干渉除去回路6および第2干渉除去回路7を用いて、第1干渉信号と第2干渉信号との両方を生成して、両方の影響を低減させる例を説明したが、通信装置100-1が、第1干渉除去回路6および第2干渉除去回路7のいずれか一方のみを備えるようにしてもよい。通信装置100-1が、第1干渉除去回路6および第2干渉除去回路7のうち、第2干渉除去回路7のみを備える場合、第2干渉除去回路7が干渉除去回路となる。また、通信装置100-1が、第1干渉除去回路6および第2干渉除去回路7を備える場合、第1干渉除去回路6および第2干渉除去回路7を1つの干渉除去回路とみなしてもよい。
 なお、第1干渉除去回路6においては、可変増幅器61-1~61-Nと、可変移相器62-1~62-Nとが干渉信号生成回路を構成する。また、第2干渉除去回路7においては、可変増幅器71-1~71-Mと、可変移相器72-1~72-Mと、BM回路73とが干渉信号生成回路を構成する。
 以上のように、本実施の形態では、通信相手への第1信号の送信と、通信相手からの第2信号の受信との両方を、OAMを用いた通信方式で行う通信装置100-1が、干渉信号生成回路を備える。そして、干渉信号生成回路が、第1信号である送信OAM信号または送信OAM信号の元になる送信信号に基づいて、第1信号によって生じる干渉信号のレプリカを生成する。これにより、通信装置100-1は、第1信号によって生じる干渉信号のレプリカを生成することができる。さらに、通信装置100-1は、干渉信号のレプリカを受信OAM信号から減算する。これにより、通信装置100-1は、干渉を低減させることができる。
実施の形態2.
 図10は、本発明の実施の形態2にかかる通信装置の構成例を示す図である。実施の形態1では、送信と受信とでアンテナを共用する例を説明したが、本実施の形態では、送信と受信とで個別にアンテナを用いる例を説明する。
 本実施の形態の通信装置100a-1は、実施の形態1と同様の送信BM回路1と、実施の形態1と同様の受信BM回路2と、干渉除去回路8と、送信UCA9と、受信UCA10とを備える。図10には、通信装置100a-1の通信相手となる通信装置100a-2も図示している。通信装置100a-2の構成は、通信装置100a-1と同様である。通信装置100a-1は、実施の形態1と同様に、通信相手である通信装置100a-2への第1信号の送信と、通信相手からの第2信号の受信との両方を、OAMを用いた通信方式で行う。実施の形態1と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態1と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態1と異なる点を主に説明する。
 送信UCA9および受信UCA10は、実施の形態1のUCA4と同様に、それぞれが円周上に等間隔に配置された複数のアンテナ素子を有する。送信BM回路1から出力された送信OAM信号は、送信UCA9に入力されて送信UCA9から電波として放射される。本実施の形態では、通信装置100a-1は、送信と受信とで個別にアンテナを備えているので、実施の形態1のような方向性結合器5-1~5-Nを用いた送信信号と受信信号の分離は不要である。したがって、通信装置100a-1は、分離回路3を備えていない。本実施の形態では、通信装置100a-1は、受信UCA10の後段に干渉除去回路8を設けることで、受信信号から、送信UCA9から送信される信号である第1信号による干渉を除去する。受信UCA10により受信された信号は、干渉除去回路8へ入力される。
 図11は、本実施の形態の干渉除去回路8の構成例を示す図である。本実施の形態では、送信UCA9から送信される信号が回折、反射などにより送信UCA9で受信されても、受信UCA10による信号の受信には直接は影響しない。また、通信装置100a-1は、方向性結合器5-1~5-Nを備えていないので、方向性結合器5-1~5-Nのそれぞれの送信ポートと受信ポート間の信号の回り込みも考慮する必要がない。このため、本実施の形態では、実施の形態1で述べた第1自己干渉と第2自己干渉のうち、第1自己干渉については考慮する必要がない。
 本実施の形態では、あるアンテナ素子が送信する信号が、他のアンテナ素子に影響する第2自己干渉が生じるが、本実施の形態の第2自己干渉は、実施の形態1のように同一のUCA4内の干渉ではなく送信UCA9と受信UCA10との間をまたぐ干渉となる。したがって、考慮すべきアンテナ素子間の伝搬距離の算出方法が実施の形態1と一部異なるが、実施の形態1の第2自己干渉の除去と同様の方法で、自己干渉を除去することができる。
 図11に示すように、干渉除去回路8は、可変増幅器81-1~81-Mと、可変移相器82-1~82-Mと、バトラーマトリクス回路(以下、BM回路と略す)83と、減算器84-1~84-Nとを備える。可変増幅器81-1~81-Mのそれぞれは、利得を変更可能な増幅器である。可変移相器82-1~82-Mのそれぞれは、移相量を変更可能な移相器である。
 ここで、本実施の形態においても、実施の形態1と同様に、見通し通信路を仮定して対角行列Hを算出することができる。本実施の形態では、送信UCA9と受信UCA10とが個別に設けられているが、送信UCA9を構成する複数のアンテナ素子と受信UCA10を構成するアンテナ素子とが同心円状に配置されるようにすることで、実施の形態1と同様に伝搬距離を巡回的に表すことができる。
 図12は、本実施の形態の送信UCA9および受信UCA10の構成例を示す図である。図12では、送信UCA9および受信UCA10のそれぞれのアンテナ素子の数であるNは8である。送信UCA9は、複数の送信アンテナ素子の一例であるアンテナ素子91-1~91-8を備え、受信UCA10は、複数の受信アンテナ素子の一例であるアンテナ素子101-1~101-8を備える。アンテナ素子91-1~91-8は、第1の円の円周上に等間隔で配置される。アンテナ素子101-1~101-8は、アンテナ素子91-1~91-8が配置される第1の円の円周上に等間隔で配置される。
 図12に示すように、アンテナ素子101-1とアンテナ素子101-2の間にアンテナ素子91-1が配置される。アンテナ素子101-1~101-8のそれぞれは、アンテナ素子91-1~91-8のうち隣接する2つのアンテナ素子の間に、これら2つの送信アンテナ素子のそれぞれとの間隔が等しくなるように配置される。例えば、アンテナ素子91-1は、アンテナ素子91-1とアンテナ素子101-1との間の円周上における間隔と、アンテナ素子91-1とアンテナ素子101-2との間の円周上における間隔と、が等しくなるように配置される。これにより、対応するアンテナ素子の番号が異なるものの、アンテナ素子91-1からアンテナ素子101-1~101-8のそれぞれまでの複数の伝搬距離は、アンテナ素子91-2からアンテナ素子101-1~101-8のそれぞれまでの複数の伝搬距離と等しくなる。これにより、実施の形態1と同様に、巡回的に伝搬距離を表すことができる。すなわち、実施の形態1の、式(5)の行列の要素hk,lを、アンテナ素子91-(l+1)からアンテナ素子101-(k+1)までの見通し通信路に対応させることで、実施の形態1と同様に、見通し通信路を示す行列を巡回行列で表すことができる。ただし、本実施の形態では、式(5)の行列の対角成分は、送信するアンテナ素子と受信するアンテナ素子とが異なる場合に対応するので、0にはならない。以上のように、伝搬距離は実施の形態1と異なるものの、本実施の形態においても実施の形態1と同様の方法で対角行列Hを算出することができる。
 可変増幅器81-1~81-Mのそれぞれは、対角行列Hの対応する要素に応じて利得が設定される。可変移相器82-1~82-Mのそれぞれの移相量は、対角行列Hの対応する要素に応じて設定される。可変増幅器81-1~81-Mのそれぞれは、対応する送信信号X~XM-1の振幅を、設定された利得に基づいて増幅し、増幅後の信号を、対応する可変移相器82-1~82-Mへそれぞれ出力する。可変移相器82-1~82-Mのそれぞれは、入力された信号の位相を設定された移相量だけ変化させ、位相を変化させた信号を、BM回路83へ出力する。
 BM回路83は、BM回路73と同様に、M個の入力ポートとN個の出力ポートを有する。BM回路83は、可変移相器82-1~82-Mからそれぞれ入力されたM個の信号に、離散フーリエ変換と同様の処理を行ってN個の信号を生成してN個の信号をそれぞれ対応する減算器84-1~84-Nへ出力する。BM回路83から減算器84-1~84-Nへ出力される信号は、本実施の形態の干渉信号のレプリカとなる。減算器84-1~84-Nのそれぞれは、対応するアンテナ素子101-1~101-Nのそれぞれから入力される受信OAM信号v~vN-1から、対応する干渉信号のレプリカそれぞれを減算して、減算結果をそれぞれ受信OAM信号y~yN-1として受信BM回路2へ出力する。
 本実施の形態では、可変増幅器81-1~81-Mと、可変移相器82-1~82-Mと、BM回路83とが干渉信号生成回路を構成する。
 以上のように、本実施の形態では、送信と受信とで個別にUCAを備える通信装置100a-1が、実施の形態1の第2干渉信号の生成と同様の方法で干渉信号を生成する。これにより、通信装置100a-1は、第1信号によって生じる干渉信号のレプリカを生成することができる。送信UCA9を構成するアンテナ素子91-1~91-Nと受信UCA10を構成するアンテナ素子101-1~101-Nとを同一円の円周上に交互に等位相間隔で配置するようにした。これにより、実施の形態1の第2干渉除去回路7と同様に、可変増幅器81-1~81-Mと、可変移相器82-1~82-Mと、BM回路83とで干渉信号生成回路を構成することができ、簡易な回路構成で干渉信号を生成することができる。
実施の形態3.
 次に、本発明にかかる実施の形態3について説明する。本実施の形態の通信装置100a-1の構成は、送信UCA9および受信UCA10を構成するアンテナ素子の配置が実施の形態2と異なる以外は、実施の形態2と同様である。実施の形態2と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態2と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態2と異なる点を主に説明する。
 実施の形態2では、送信UCA9を構成するアンテナ素子91-1~91-Nおよび受信UCA10を構成するアンテナ素子101-1~101-Nが同一円状に等位相間隔で配置される例を説明した。本実施の形態では、互いに半径の異なる同心円の円周上に、送信UCA9を構成するアンテナ素子91-1~91-Nと、受信UCA10を構成するアンテナ素子101-1~101-Nとをそれぞれ配置する。
 図13は、本実施の形態の送信UCA9および受信UCA10のそれぞれのアンテナ素子の配置例を示す図である。アンテナ素子91-1~91-8は、第1の円の円周上に等間隔で配置される。アンテナ素子101-1~101-8は、アンテナ素子91-1~91-8が配置される第1の円より半径が小さく第1の円と同心円となる第2の円の円周上に等間隔で配置される。このように、アンテナ素子91-1~91-8と、アンテナ素子101-1~101-8とが、半径の異なる同心円の円周上にそれぞれ配置される場合でも、実施の形態2と同様に、送信UCA9のアンテナ素子91-1~91-8のいずれか1つから、受信UCA10のアンテナ素子101-1~101-8のそれぞれまでの複数の伝搬距離は、送信UCA9のアンテナ素子91-1~91-8の他のアンテナ素子から、受信UCA10のアンテナ素子101-1~101-8のそれぞれまでの複数の伝搬距離と同一となる。
 このため、実施の形態2と同様に、対角行列Hを算出することができる。可変増幅器81-1~81-Mのそれぞれに設定される利得と、可変移相器82-1~82-Mのそれぞれに設定される移相量とが、アンテナ素子の配置に応じて異なる以外は、干渉除去回路8の構成および動作は、実施の形態2と同様である。
 図14は、本実施の形態の送信UCA9および受信UCA10のそれぞれのアンテナ素子の別の配置例を示す図である。アンテナ素子91-1~91-8は、第1の円の円周上に等間隔で配置される。アンテナ素子101-1~101-8は、アンテナ素子91-1~91-8が配置される第1の円より半径が大きく第1の円と同心円となる第2の円の円周上に等位相間隔で配置される。このように、アンテナ素子101-1~101-8は、アンテナ素子91-1~91-8が配置される円より半径の大きい同心円の円周上に等位相間隔で配置される場合も図13の例と同様に、送信UCA9のアンテナ素子91-1~91-8のいずれか1つから、受信UCA10のアンテナ素子101-1~101-8のそれぞれまでの複数の伝搬距離は、送信UCA9のアンテナ素子91-1~91-8の他のアンテナ素子から、受信UCA10のアンテナ素子101-1~101-8のそれぞれまでの複数の伝搬距離と同一となる。このため、実施の形態2と同様に、対角行列Hを算出することができる。
 なお、実施の形態2で述べた図12に示す配置、本実施の形態で述べた図13,14に示す配置は、見通し通信路が巡回的に表される配置の例である。見通し通信路が巡回的に表される配置であることにより上記式(7)で見通し通信路の伝搬路行列を表すことができれば、これらの例に限らず、実施の形態2で述べた干渉除去方法を適用することができる。なお、送信UCA9を構成するアンテナ素子91-1~91-8と、受信UCA10を構成するアンテナ素子101-1~101-8との間の伝搬路が、上記式(7)に示す関係を満たすとき、これらの伝搬路は巡回対称性があると表現する。
 以上のように、本実施の形態では、互いに半径の異なる同心円の円周上に、送信UCA9を構成するアンテナ素子91-1~91-Nと、受信UCA10を構成するアンテナ素子101-1~101-Nとをそれぞれ配置した。これにより、実施の形態2と同様の効果を得ることができる。
 以上の実施の形態で説明した、各回路は、処理回路であり、専用のハードウェアであっても、メモリに格納されるプログラムを実行するCPUなどのプロセッサを備える処理回路であってもよい。処理回路は制御回路とも呼ばれる。図15は、各実施の形態の処理回路がCPUを備える場合の処理回路の構成例を示す図である。図15に示した例では、処理回路は、CPU201およびメモリ202を備える。以上の実施の形態で説明した各回路の少なくとも1つが図15に示した処理回路で実現される場合、この少なくとも1つの回路の動作はプログラムとして記述される。そして、CPU201が、メモリ202に格納されたプログラムを実行することにより、この少なくとも1つの回路の機能が実現される。このプログラムは、プログラム記憶媒体により提供されてもよいし、通信媒体で提供されてもよい。以上の実施の形態で説明した各回路のうち、一部が専用のハードウェアで実現され、一部が図15に示した処理回路で実現されてもよい。
 例えば、このプログラムは、他の装置から送信された1つ以上の信号とともに受信する干渉信号、のレプリカを、他の装置へ送信する1つ以上の信号に基づいて生成する第1ステップと、受信した信号からレプリカを減算する第2ステップとを通信装置100-1または通信装置100a-1に実行させる。
 例えば、実施の形態1で述べた第1干渉除去回路6および第2干渉除去回路7のそれぞれが備える干渉信号生成回路のうちの少なくとも1つが、専用のハードウェアで実現されてもよいし、図15に示した処理回路で実現されてもよい。また、実施の形態2で述べた干渉除去回路8が備える干渉信号生成回路が、専用のハードウェアで実現されてもよいし、図15に示した処理回路で実現されてよい。
 以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
 1 送信BM回路、2 受信BM回路、3 分離回路、4 UCA、5-1~5-N 方向性結合器、6 第1干渉除去回路、7 第2干渉除去回路、8 干渉除去回路、9 送信UCA、10 受信UCA、11-1~11-M,22-1~22-N 入力ポート、12-1~12-N,21-1~21-M 出力ポート、61-1~61-N,71-1~71-M,81-1~81-M 可変増幅器、62-1~62-N,72-1~72-M,82-1~82-M 可変移相器、63-1~63-N,74-1~74-N,84-1~84-N 減算器、73,83 BM回路、100-1,100-2,100a-1,100a-2 通信装置。

Claims (13)

  1.  他の装置との間で軌道角運動量を利用して全二重無線通信を行う通信装置であって、
     前記他の装置から送信された1つ以上の信号とともに受信する干渉信号、のレプリカを、前記他の装置へ送信する1つ以上の送信信号に基づいて生成し、受信した信号から前記レプリカを減算する干渉除去回路、
     を備えることを特徴とする通信装置。
  2.  前記1つ以上の送信信号である1つ以上の第1送信信号に位相を与えることにより複数の第2送信信号を生成する送信バトラーマトリクス回路と、
     前記複数の第2送信信号のそれぞれを送信する複数の送信アンテナ素子を備える送信等間隔円形アレイアンテナと、
     複数の受信アンテナ素子を備える受信等間隔円形アレイアンテナと、
     を備え、
     前記干渉除去回路は、
     前記複数の送信アンテナ素子のそれぞれと前記複数の受信アンテナ素子のそれぞれとの間の直接波の伝搬距離に基づいて生成された伝搬路行列と、前記1つ以上の第1送信信号と、に基づいて前記レプリカを生成することを特徴とする請求項1に記載の通信装置。
  3.  前記複数の送信アンテナ素子のそれぞれと、前記複数の受信アンテナ素子のそれぞれとは、前記伝搬路行列が巡回対称性を満たすように配置されることを特徴とする請求項2に記載の通信装置。
  4.  前記干渉除去回路は、
     前記1つ以上の第1送信信号のそれぞれの振幅を調整する1つ以上の可変増幅器と、
     前記1つ以上の可変増幅器により振幅が調整された後の前記1つ以上の第1送信信号のそれぞれの位相を調整する1つ以上の可変移相器と、
     前記1つ以上の可変移相器により振幅が調整された後の前記1つ以上の第1送信信号にそれぞれ位相を与えることにより複数の前記レプリカを生成するバトラーマトリクス回路と、
     前記複数の受信アンテナ素子のそれぞれが受信した複数の受信信号からそれぞれ対応する複数の前記レプリカを減算する複数の減算器と、
     を備えることを特徴とする請求項3に記載の通信装置。
  5.  前記送信等間隔円形アレイアンテナと前記受信等間隔円形アレイアンテナとは、複数の送受信アンテナ素子を備える1つの共用円形アレイアンテナであり、
     前記通信装置は、
     それぞれが前記複数の送受信アンテナ素子のうち対応する送受信アンテナと接続され、それぞれが、前記対応する送受信アンテナにおける送信信号と受信信号とを分離する複数の方向性結合器と、
     を備え、
     前記干渉除去回路は、
     前記複数の送受信アンテナ素子のそれぞれの内部干渉信号のレプリカを生成し、前記複数の方向性結合器によりそれぞれ分離された複数の前記受信信号から対応する前記内部干渉信号のレプリカをそれぞれ減算し、
     前記内部干渉信号は、前記複数の送受信アンテナ素子から送信される複数の送信信号が前記複数の送信信号のそれぞれの送信元の送受信アンテナ素子に回りこむことにより生じる干渉信号であることを特徴とする請求項3または4に記載の通信装置。
  6.  前記複数の送信アンテナ素子は第1の円の円周上に等間隔で配置され、
     前記複数の受信アンテナ素子は、前記第1の円の円周上に等間隔で配置され、
     前記複数の受信アンテナ素子のそれぞれは、前記複数の送信アンテナ素子のうち隣接する2つの送信アンテナ素子の間に、前記2つの送信アンテナ素子のそれぞれとの間隔が等しくなるように配置されることを特徴とする請求項3から5のいずれか1つに記載の通信装置。
  7.  前記複数の送信アンテナ素子は第1の円の円周上に等間隔で配置され、
     前記複数の受信アンテナ素子は前記第1の円より半径が小さく前記第1の円と同心円となる第2の円の円周上に等間隔で配置されることを特徴とする請求項3から5のいずれか1つに記載の通信装置。
  8.  前記複数の送信アンテナ素子は第1の円の円周上に等間隔で配置され、
     前記複数の受信アンテナ素子は前記第1の円より半径が大きく前記第1の円と同心円となる第2の円の円周上に等間隔で配置されることを特徴とする請求項3から5のいずれか1つに記載の通信装置。
  9.  1つ以上の第1送信信号に位相を与えることにより複数の第2送信信号を生成する送信バトラーマトリクス回路と複数の第2送信信号のそれぞれを送信する複数の送信アンテナ素子を備える送信等間隔円形アレイアンテナと複数の受信アンテナ素子を備える受信等間隔円形アレイアンテナとを備える通信装置であって他の装置との間で軌道角運動量を利用して全二重無線通信を行う通信装置において、干渉信号のレプリカを生成する干渉信号生成回路であって、
     前記複数の送信アンテナ素子のそれぞれと前記複数の受信アンテナ素子のそれぞれとの間の直接波の伝搬距離に基づいて生成された伝搬路行列と、前記1つ以上の第1送信信号と、に基づいて前記レプリカを生成することを特徴とする干渉信号生成回路。
  10.  前記1つ以上の第1送信信号のそれぞれの振幅を調整する1つ以上の可変増幅器と、
     前記1つ以上の可変増幅器により振幅が調整された後の前記1つ以上の第1送信信号のそれぞれの位相を調整する1つ以上の可変移相器と、
     前記1つ以上の可変移相器により振幅が調整された後の前記1つ以上の第1送信信号に位相を与えることにより複数の前記レプリカを生成するバトラーマトリクス回路と、
     を備えることを特徴とする請求項9に記載の干渉信号生成回路。
  11.  他の装置との間で軌道角運動量を利用して全二重無線通信を行う通信装置において干渉を除去する制御回路であって、
     前記他の装置から送信された1つ以上の信号とともに受信する干渉信号、のレプリカを、前記他の装置へ送信する1つ以上の信号に基づいて生成し、受信した信号から前記レプリカを減算することを特徴とする制御回路。
  12.  他の装置との間で軌道角運動量を利用して全二重無線通信を行う通信装置における干渉除去方法であって、
     前記他の装置から送信された1つ以上の信号とともに受信する干渉信号、のレプリカを、前記他の装置へ送信する1つ以上の信号に基づいて生成する第1ステップと、
     受信した信号から前記レプリカを減算する第2ステップと、
     を含むことを特徴とする干渉除去方法。
  13.  他の装置との間で軌道角運動量を利用した通信を行う通信装置に実行させるプログラムを記憶するプログラム記憶媒体であって、
     前記プログラムは、
     前記他の装置から送信された1つ以上の信号とともに受信する干渉信号、のレプリカを、前記他の装置へ送信する1つ以上の信号に基づいて生成する第1ステップと、
     受信した信号から前記レプリカを減算する第2ステップと、
     を前記通信装置に実行させることを特徴とするプログラム記憶媒体。
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