WO2022145007A1 - 送信装置、及び信号送信方法 - Google Patents

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WO2022145007A1
WO2022145007A1 PCT/JP2020/049208 JP2020049208W WO2022145007A1 WO 2022145007 A1 WO2022145007 A1 WO 2022145007A1 JP 2020049208 W JP2020049208 W JP 2020049208W WO 2022145007 A1 WO2022145007 A1 WO 2022145007A1
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WO
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signal
uca
array antenna
butler
antenna
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PCT/JP2020/049208
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French (fr)
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貴之 山田
斗煥 李
淳 増野
裕文 笹木
康徳 八木
智貴 瀬本
Original Assignee
日本電信電話株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/20—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a curvilinear path
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J1/00—Frequency-division multiplex systems

Definitions

  • the present invention relates to a technique for spatially multiplex transmission of a radio signal using the orbital angular momentum (OAM) of an electromagnetic wave.
  • OFAM orbital angular momentum
  • Non-Patent Document 1 In an electromagnetic wave having OAM, the equiphase planes are spirally distributed along the propagation direction around the propagation axis. Since electromagnetic waves having different OAM modes and propagating in the same direction have orthogonal spatial phase distributions in the rotation axis direction, the signals are multiplexed by separating the signals of each OAM mode modulated by different signal sequences at the receiving station. It is possible to transmit.
  • a plurality of OAM modes are generated by using an evenly spaced circular array antenna (hereinafter referred to as UCA (Uniform Circular Array)) in which a plurality of antenna elements are arranged in a circle at equal intervals.
  • UCA Uniform Circular Array
  • a butler circuit butler matrix circuit
  • a butler circuit is used to generate signals in a plurality of OAM modes.
  • the same OAM mode signal can be multiplexed and transmitted by the multiple UCA in which a plurality of UCAs having different diameters are arranged concentrically.
  • MIMO technology can separate the multiplexed signals within the same OAM mode.
  • a transmitter using a UCA and a butler circuit enables large-capacity communication, but in the future, it is desired to support mobile communication.
  • OAM multiplex transmission technique it is necessary to have multi-directional support and mobile followability that can transmit signals in multiple directions.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a technique capable of multi-directional correspondence and movement tracking in a transmission device using a UCA and a butler circuit.
  • a multiple circular array antenna including a plurality of circular array antennas in which a plurality of antenna elements are arranged in a circle, and A plurality of signals having a phase difference can be supplied to each of the linear array antenna composed of some antenna elements among the plurality of antenna elements in the multiple circular array antenna and the multiple circular array antenna.
  • a transmitter with a butler circuit is provided.
  • a technique that enables multi-directional correspondence and movement tracking in a transmission device using a UCA and a butler circuit is provided.
  • FIG. 1 shows an example of UCA phase setting for generating an OAM mode signal.
  • the UCA shown in FIG. 1 is a UCA composed of eight antenna elements.
  • the signals of OAM mode 0, 1, 2, 3, ... On the transmitting side are generated by the phase difference of the signals supplied to each antenna element (indicated by ⁇ ) of UCA. That is, the signal in the OAM mode n is generated by setting the phase of the signal supplied to each antenna element so that the phase becomes n rotations (n ⁇ 360 degrees).
  • the signal in which the rotation direction of the phase is reversed with respect to the signal in the OAM mode n is referred to as the OAM mode-n.
  • the rotation direction of the phase of the signal in the positive OAM mode is counterclockwise
  • the rotation direction of the phase of the signal in the negative OAM mode is clockwise.
  • wireless communication by spatial multiplexing can be performed.
  • the phase of each antenna element of the UCA on the receiving side may be set so as to be in the opposite direction to the phase of the antenna element on the transmitting side.
  • FIG. 2 shows an example of the phase distribution and signal intensity distribution of the OAM multiplex signal.
  • the phase distributions of the signals of OAM mode 1 and OAM mode 2 as seen from the end face (propagation orthogonal plane) orthogonal to the propagation direction from the transmission side are represented by arrows.
  • the beginning of the arrow is 0 degrees, the phase changes linearly and the end of the arrow is 360 degrees. That is, the signal in the OAM mode n propagates while the phase rotates n times (n ⁇ 360 degrees) in the propagation orthogonal plane.
  • the arrows in the phase distribution of the signals in OAM modes -1 and -2 are in the opposite direction.
  • the signal of each OAM mode has a different signal strength distribution and the position where the signal strength is maximized for each OAM mode.
  • the intensity distributions of the same OAM modes with different signs are the same.
  • the higher the OAM mode the farther the position where the signal strength is maximized from the propagation axis (Non-Patent Document 2).
  • the one with a larger value in the OAM mode is referred to as a higher-order mode.
  • the signal in OAM mode 3 is a higher-order mode than the signals in OAM mode 0, OAM mode 1, and OAM mode 2.
  • FIG. 2 (3) shows the position where the signal strength becomes maximum in each OAM mode by an annulus, but the position where the signal strength becomes maximum becomes farther from the central axis and the propagation distance becomes higher as the OAM mode becomes higher. Accordingly, the beam diameter of the OAM mode multiplex signal is widened, and the annulus indicating the position where the signal strength is maximized becomes large in each OAM mode.
  • FIG. 3 is an example of a multiple UCA in which four UCAs having different diameters are arranged concentrically.
  • a transmission device using a UCA and a butler circuit enables large-capacity communication, but the conventional wireless transmission technology using the UCA and the butler circuit does not support multi-directional communication. , Movement followability is also low.
  • the transmission device is configured by combining UCA and ULA (Uniform Linear Array).
  • UCA Uniform Linear Array
  • the multiple UCA is used, and the ULA is composed of some antenna elements constituting the multiple UCA.
  • ULA is an antenna in which a plurality of antenna elements are linearly arranged, and by supplying signals to each antenna element by changing the phase, in various directions tilted from the direction perpendicular to the antenna train. It is possible to dynamically generate a beam. As a result, multi-directional support and movement followability can be realized.
  • FIG. 5 is a diagram showing an outline configuration of a transmission device according to the present embodiment.
  • the transmitting device of the present embodiment among the antenna elements of the multiple UCA having concentric different diameters, some of the antenna elements arranged in series are used as ULA.
  • a butler circuit that generates a signal having a phase difference is used for each UCA constituting the multiple UCA.
  • the Butler circuit is also used to supply a signal with a phase difference to the ULA.
  • a switch including a mechanism corresponding to the switch
  • the transmission device For switching whether the output signal from the butler circuit is supplied to UCA or ULA, for example, a switch (including a mechanism corresponding to the switch) is used. That is, in the transmission device according to the present embodiment, it is possible to switch between two types of transmission by using the butler circuit in common and distributing the output signal from the butler circuit to UCA or ULA by a switch or the like. Is.
  • Examples 1 to 3 will be described as examples of the configuration and operation of the transmission device in the present embodiment. Examples 1 to 3 can be carried out in any combination.
  • the transmitting device may have all the functions of the first to third embodiments, and may operate by appropriately selecting the functions.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of the transmission device 100 in the first embodiment.
  • the transmission device 100 of the first embodiment includes a multiplex UCA 10, a changeover switch unit 30, an OAM mode generation unit 40, an analog signal processing unit 50, a digital signal processing unit 60, and a control unit 110.
  • the OAM mode generation unit 40 is composed of a plurality of butler circuits having the same number as the number of the plurality of UCAs constituting the multiple UCA 10, and the changeover switch unit 30 physically sends an output signal from each butler circuit to the corresponding UCA or ULA. It is a switch to switch to.
  • the OAM mode generation unit 40 has four UCAs corresponding to each UCA.
  • a butler circuit 41 to 44 is provided.
  • FIG. 8 shows an example of a connection configuration between the butler circuit 41 and the multiplex UCA10 when the multiplex UCA10 is an antenna composed of four UCAs (UCA_1, UCA_2, UCA_3, UCA_4) having different diameters.
  • FIG. 8 shows, as an example, a connection configuration for the Butler circuit 41 corresponding to UCA_1, but the same applies to other UCAs constituting the multiplex UCA10.
  • UCA_1 is an antenna in which eight antenna elements # 1 to # 8 are arranged in a circular shape. Further, in the example shown in FIG. 8, the horizontal antenna train (antenna elements # 2 and # 6 of UCA_1) on FIG. 8 is connected as the ULA (ULA_1) that receives the signal supply from the butler circuit 41 corresponding to UCA_1. A row of antenna elements on a straight line) is used, but this is an example, and other rows of antennas may be used.
  • the Butler circuit corresponding to a certain UCA_n is fixedly set as to which ULA (a part of the antenna trains in the multiplex UCA 10) is supplied with the signal, and the ULA is set. Let it be ULA_n. However, it may be possible that the changeover switch unit 30 can switch which ULA (a part of the antenna trains in the multiplex UCA 10) the Butler circuit corresponding to a certain UCA_n supplies a signal to.
  • ULA_1 shown in FIG. 8 is an antenna in which eight antenna elements # 1 to # 8 are linearly arranged.
  • the antenna elements # 1 and # 8 are a part of UCA_1
  • the antenna elements # 2 and # 7 are a part of UCA_2.
  • Antenna elements # 3 and # 6 are part of UCA_3
  • antenna elements # 4 and # 5 are part of UCA_4.
  • FIG. 8 shows that the butler circuit connected to each UCA constituting the multiple UCA 10 has N input ports.
  • the number of output ports is the maximum number of N, and when there are eight output ports as in the example of FIG. 8, the maximum number of N is eight.
  • the "port" may be referred to as a "terminal”. Further, as will be described later, in this embodiment, as an example, an example in which the OAM mode 1 signal and the OAM mode-1 signal are multiplexed and transmitted is shown.
  • the multiplex UCA 10 is composed of four UCAs, the number of antenna elements for each UCA and ULA is eight, and the OAM mode 1 signal and the OAM mode -1 signal are combined. Multiplexing is an example.
  • the multiplex UCA 10 may be composed of more than four UCAs or may be composed of less than four UCAs.
  • the number of antenna elements of each UCA and ULA may be more than or less than eight. Further, the number of OAM modes transmitted by each UCA may be more than or less than two.
  • the signal to be transmitted in OAM mode 1 is input to the input port A and the signal to be transmitted in OAM mode-1 is input to the input port B.
  • the input ports other than the input port A and the input port B correspond to the OAM mode other than the OAM mode 1 and -1.
  • a signal with a phase difference of 45 ° (360 ° / 8) counterclockwise is output from each output port for input from input port A, and each output is output for input from input port B.
  • a signal with a phase difference of -45 ° counterclockwise is output from the port. That is, when both the input port A and the input port B have inputs, a signal obtained by combining (multiplexing) two signals having different phases is output from each output port.
  • each antenna element of UCA_1 outputs a signal obtained by combining two signals having the following phases. To.
  • the output port J of the butler circuit 41 is connected to the antenna element # 1 of UCA_1 or the antenna element # 1 of ULA_1, and the output port I is the antenna element # 2 of UCA_1 or the antenna element # 2 of ULA_1.
  • the output port H is connected to the antenna element # 3 of UCA_1 or the antenna element # 3 of ULA_1, and the output port G is connected to the antenna element # 4 of UCA_1 or the antenna element # 4 of ULA_1.
  • F is connected to the antenna element # 5 of UCA_1 or the antenna element # 5 of ULA_1
  • the output port E is connected to the antenna element # 6 of UCA_1 or the antenna element # 6 of ULA_1
  • the output port D is the antenna of UCA_1. It is connected to the antenna element # 7 of the element # 7 or the ULA_1, and the output port C is connected to the antenna element # 8 of the UCA_1 or the antenna element # 8 of the ULA_1.
  • FIG. 8 shows the connection of only the output port J.
  • the signal output from each output port is supplied to the antenna element connected to the output port via the changeover switch unit 30 (branch point), and is output as a radio wave from the antenna element.
  • data is input to the digital signal processing unit 60.
  • the digital signal processing unit 60 generates a digital signal to be transmitted on a carrier from the input data, and outputs the generated digital signal to the analog signal processing unit 50.
  • the analog signal processing unit 50 converts a digital signal into an analog signal (digital-analog conversion), and converts the frequency of the output signal into a carrier frequency band (eg, 28 GHz band).
  • the analog signal processing unit 50 inputs the generated analog signal to each butler circuit in the OAM mode generation unit 40.
  • each butler circuit in the OAM mode generation unit 40 has a signal transmitted in OAM mode 1 and an OAM mode -1.
  • the signal to be transmitted is input from the analog signal processing unit 50.
  • each Butler circuit in the OAM mode generation unit 40 generates an OAM mode signal and outputs the generated signal from each output port, as described with reference to FIG.
  • the control unit 110 in the transmitting device 100 grasps the position of each receiving device (the direction in which the receiving device exists with respect to the transmitting device 100). Any method may be used as a method for the control unit 110 of the transmission device 100 to grasp the state of the receiving side (position of the receiving device, etc.). For example, the control unit 110 may grasp the position of the receiving device by receiving the reference signal transmitted from the receiving device, or may obtain the position of the receiving device by receiving the position information transmitted from the receiving device. You may grasp it. Further, the position of the receiving device (fixed position, scheduled movement position for each time, etc.) may be set in advance in the control unit 110.
  • control unit 110 can perform communication using the multiplex UCA in addition to having the receiving device at a position where the communication using the multiplex UCA 10 can be performed (a position facing the transmitting device 100).
  • the control unit 110 makes the changeover switch unit 30 a certain butler circuit (a butler circuit corresponding to UCA_x) in the OAM mode generation unit 40. Instruct each output port of (which may be a Butler circuit) to be connected to each antenna element of ULA_x. Each output port of the other Butler circuit is connected to the corresponding UCA.
  • the signal output from each output port of the butler circuit corresponding to UCA_x among the plurality of butler circuits constituting the OAM mode generation unit 40 is supplied to each antenna element of ULA_x.
  • the signal output from each output port of the other Butler circuit is fed to each antenna element of the corresponding UCA.
  • ULA_x is a signal in which the beam is directed in a plurality of directions. Can be sent.
  • ULA_x may be one or a plurality.
  • the antenna element used for ULA_x will not be used as UCA, but other UCA can continuously perform large-capacity communication.
  • the control unit 110 can select one or a plurality of ULA_x (UCA_x) according to the existence position of the receiving device.
  • the circular surface of the multiple UCA 10 is perpendicular to the ground (horizontal plane of XY), and the ULA parallel to the ground when the multiple UCA 10 is viewed from above is shown in FIG. It is assumed that it is ULA_x.
  • ULA_x can transmit signals with beam 1 and beam 2, for example, when the control unit 110 knows that a receiving device exists in the direction of these beams, it selects the ULA_x as ULA.
  • ULA_y is a ULA in a vertically standing position in the multiplex UCA10, and as shown in the figure, it is assumed that a beam can be formed in the vertical direction.
  • the control unit 110 can select the ULA_y as the ULA, for example, when it grasps that the receiving device exists in the direction of the beam 3. Further, the control unit 110 can also select both ULA_x and ULA_y depending on the position of the receiving device.
  • ULA_x shown in FIG. 10 for example, if the control unit 110 grasps that the receiving device is at the position A, the control unit 110 refers to the analog signal processing unit 50 in the direction A. Only the signal to be transmitted is input to the input port A of the corresponding Butler circuit, and the changeover switch unit 30 is instructed to connect each output port of the corresponding Butler circuit to each antenna element of ULA_x. As a result, a signal is transmitted from ULA_x by the beam 1 of FIG. 10, and the receiving device can receive the signal of good quality.
  • control unit 110 grasps that the receiving device has moved to the position B, the control unit 110 causes the analog signal processing unit 50 to input the signal to be transmitted in the direction A to the input port B.
  • the signal is transmitted from ULA_x by the beam 2 of FIG. 10, and the receiving device can receive the signal of good quality.
  • the control unit 110 switches the output of the signal transmitted in the OAM mode 1 to the analog signal processing unit 50 to the input port n corresponding to that direction. Therefore, since a signal having a phase difference different from the phase difference corresponding to the OAM mode 1 can be supplied to ULA_x, the direction of the beam can be changed. In this way, by using ULA_x, it is possible to direct the beam following the movement of the receiving device.
  • the control unit 110 grasps that the receiving devices R1 and R2 are located at different positions A and B, the control unit 110 inputs a signal to be transmitted to the receiving device R1 to the analog signal processing unit 50.
  • the signal is transmitted from ULA_x using the beams 1 and 2 of FIG. 10, and the receiving devices R1 and R2, respectively. It is possible to receive a good quality signal.
  • the input timings of these signals to the input ports A and B may be simultaneous or different. Further, signals can be transmitted simultaneously or individually in a plurality of directions according to the degree of freedom (number of directions) of beam generation of ULA_x and the number of input ports of the butler circuit.
  • the beam direction can be changed with respect to a certain moving direction by selecting the input port of the Butler circuit corresponding to the ULA to be used. Then, by selecting ULA, it is possible to realize control of the beam direction that can be followed three-dimensionally.
  • the beam can be three-dimensionally directed in multiple directions depending on the direction of the multiple UCA 10 itself and one or more ULAs selected. Further, by dynamically selecting the ULA, it is possible to perform movement tracking.
  • the control unit 110 selects the UCA so as to minimize the deterioration of the transmission quality due to the continuously used multiplex UCA 10 (or to ensure the required quality). You may do it.
  • UCA UCA that is not used to switch to ULA
  • the control unit 110 estimates the propagation channel by receiving the reference signal from the receiving device, and minimizes the deterioration of the transmission quality corresponding to the propagation channel based on the data to be held.
  • the UCA to be selected may be one or a plurality.
  • the control unit 110 When selecting a UCA to be switched to ULA according to the direction of the beam, for example, the control unit 110 first selects a UCA to be switched to ULA according to the direction of the beam, and the control unit 110 first selects the UCA to be switched to ULA. It is checked whether the multiple UCA 10 excluding the UCA can guarantee the required quality, and if it can be guaranteed, the switching is executed. If it is not collateralable, for example, select UCA (ULA), which is a beam close to the beam by UCA (ULA) selected first, and check whether the multiple UCA10 excluding that UCA can guarantee the required quality. do. Such processing is repeated.
  • UCA UCA
  • Example 2 Next, Example 2 will be described. Hereinafter, the points different from those of the first embodiment will be mainly described.
  • FIG. 12 is a configuration diagram of the transmission device 100 in the second embodiment.
  • the transmission device 100 of the second embodiment includes a multiplex UCA 10, a frequency limiting filter 70, an OAM mode generation unit 40, an analog signal processing unit 50, a digital signal processing unit 60, and a control unit 110.
  • a frequency limiting filter 70 is provided instead of the changeover switch unit 30 of the first embodiment.
  • the frequency band for operating the multiplex UCA10 and the frequency band for operating the ULA, which is a part of the antenna train of the multiplex UCA10 are separated.
  • the frequency band of the signal output from the OAM mode generation unit 40 (Butler circuit) is 5 to 10
  • the frequency band for operating the multiplex UCA 10 is 8 to 10
  • the frequency band for operating the ULA is 5 to 10. It is assumed that it is 7.
  • the operating frequency band is limited by providing a frequency limiting filter 70 in order to prevent radio wave leakage when the operable frequency bands of the multiple UCA 10 and ULA overlap each other or other than that frequency band.
  • a frequency limiting filter 70 in order to prevent radio wave leakage when the operable frequency bands of the multiple UCA 10 and ULA overlap each other or other than that frequency band.
  • the filter outputs of the pass bands 8 to 10 of the frequency limiting filter 70 are in the multiple UCA 10 and the pass bands 5 to 5.
  • the filter output of 7 is connected to ULA to divide the operating band. If the operable frequency bands of the multiplex UCA 10 and the ULA are different, the frequency limiting filter 70 may be removed.
  • the analog signal processing unit 50 outputs a signal having a frequency corresponding to the multiplex UCA 10 or a signal having a frequency corresponding to ULA by frequency conversion processing.
  • S101 to S104 are basically the same as S101 to S104 in the first embodiment.
  • the analog signal processing unit 50 instead of the signal switching by the changeover switch unit 30 in the first embodiment, performs frequency conversion according to the band limitation (how to divide the operating band) by the frequency limiting filter 70.
  • the supply destination of the signal output from each output port of each Butler circuit is selected (switched), and the signal is transmitted from the multiplex UCA10 and ULA (S115, S106).
  • the control content for switching is the same as that of the first embodiment.
  • control unit 110 decides to switch UCA_x and UCA_y to ULA_x and ULA_y, respectively, based on the position of the receiving device and the like, the control unit 110 tells the analog signal processing unit 50 from the digital signal processing unit 60. It is instructed to convert the frequency of the received signal into the frequency corresponding to ULA_x and ULA_y.
  • a tunable filter capable of controlling the pass band may be applied to the frequency limiting filter 70, and the pass band of this filter may be dynamically set according to the frequency control of the output signal of the analog signal processing unit 50. For example, when it is desired to transmit a signal from UCA and the analog signal processing unit 50 converts the frequency band for UCA into a frequency of 7 to 8, the pass band of the frequency limiting filter 70 is set to 7. Set to ⁇ 8. Such control can be performed by the control unit 110.
  • the analog signal processing unit 50 has a conversion function to the carrier frequency band, but the conversion function may be provided outside the analog signal processing unit 50.
  • a configuration example in that case is shown in FIG.
  • the frequency conversion unit 80 is connected to the output of the analog signal processing unit 50, and the frequency band of the output signal of the analog signal processing unit 50 is set to the frequency band corresponding to UCA or ULA by the frequency conversion unit 80. Convert.
  • Example 3 Next, Example 3 will be described. Mainly, the points different from the first embodiment will be described.
  • FIG. 15 is a configuration diagram of the transmission device 100 in the third embodiment.
  • the transmission device 100 of the third embodiment has a multiplex UCA 10, a demultiplexing unit 90, an OAM mode generation unit 40, a combine wave unit 95, an analog signal processing unit 50, a digital signal processing unit 60, and a control unit 110.
  • a multiplex UCA 10 a demultiplexing unit 90, an OAM mode generation unit 40, a combine wave unit 95, an analog signal processing unit 50, a digital signal processing unit 60, and a control unit 110.
  • the wave combining unit 95 is added to the configuration of the first embodiment, and the demultiplexing unit 90 is provided instead of the changeover switch unit 30, which is different from the first embodiment.
  • Example 3 it is assumed that the frequency band in which the multiple UCA 10 is operated and the frequency band in which the ULA is operated are different.
  • the analog signal processing unit 50 outputs a signal in the frequency band corresponding to the multiplex UCA10 and a signal in the frequency band corresponding to the ULA, and the combined wave unit 95 outputs these signals to the combined wave ( (Multiple).
  • the combined signal is input to each butler circuit from the combined wave section 95.
  • the signal transmitted by the UCA_1 in the OAM mode 1 and the signal transmitted by the ULA_1 in the phase difference corresponding to the OAM mode 1 are combined.
  • the waved signal is input to the input port A, and the signal obtained by combining the signal transmitted by UCA_1 in OAM mode-1 and the signal transmitted by ULA_1 with the phase difference corresponding to OAM mode-1 is the input port. It is input to B.
  • the frequency conversion unit 80 described with reference to FIG. 14 may be provided between the analog signal processing unit 50 and the wave combine unit 95. In this case, the frequency conversion unit 80 performs frequency conversion to the frequency band corresponding to the multiplex UCA 10 and frequency conversion to the frequency band corresponding to the ULA.
  • a signal (combined wave signal) with a phase difference corresponding to the OAM mode is output from each output port of the butler circuit.
  • the demultiplexing unit 90 receives a combined wave signal from each output port of the butler circuit, and divides (separates) the combined wave signal into a signal in the frequency band for UCA and a signal in the frequency band for ULA. Then, the demultiplexing unit 90 supplies a signal in the frequency band for UCA to each antenna element of UCA when transmitting a signal from UCA, and the frequency band for ULA when transmitting a signal from ULA. Signal is supplied to each antenna element of ULA.
  • the demultiplexing unit 90 may be provided with a function of a changeover switch for performing such switching in the subsequent stage of the demultiplexing function.
  • the function of the demultiplexing unit 90 is the same as the function of the frequency limiting filter 70 described above, and is to divide the pass band. Further, it is assumed that the pass band of the demultiplexing unit 90 is preset and fixed. However, the pass band of the demultiplexing unit 90 may be tunable. That is, the frequency limiting filter 70 may be used as the demultiplexing unit 90.
  • S101 to S103 are the same as S101 to S103 in the first embodiment.
  • the point where the above-mentioned combined wave is performed in S123 and the point where the demultiplexing is performed in S125 are different from those in the first embodiment.
  • the control content for switching is basically the same as in Example 1.
  • the control unit 110 decides to switch UCA_x and UCA_y to ULA_x and ULA_y, respectively, based on the position of the receiving device and the like, the control unit 110 corresponds to each of the demultiplexing units 90 with respect to UCA_x and UCA_y. It is instructed to supply the signal from each output port of the butler circuit to each antenna element of ULA_x and ULA_y.
  • This specification describes at least the transmission device and the signal transmission method described in the following items.
  • (Section 1) A multi-circular array antenna having a plurality of circular array antennas in which a plurality of antenna elements are arranged in a circle, A plurality of signals having a phase difference can be supplied to each of the linear array antenna composed of some antenna elements among the plurality of antenna elements in the multiple circular array antenna and the multiple circular array antenna. Transmitter with butler circuit.
  • a frequency limiting filter is provided between the plurality of butler circuits and the multiple circular array antenna, and the frequency limiting filter supplies a signal having a frequency corresponding to the multiple circular array antenna to the multiple circular array antenna.
  • the transmitter according to item 1 wherein a signal having a frequency corresponding to the linear array antenna is supplied to the linear array antenna.
  • a changeover switch unit is provided between the plurality of butler circuits and the multiplex circular array antenna, and the changeover switch unit supplies a signal output from a certain butler circuit to the multiplex circular array antenna or the linear array antenna.
  • the transmitter according to paragraph 1. (Section 4) Item 1 or 1.
  • the transmitter according to item 2. (Section 5) Claims 1 to 4 include a frequency conversion unit that converts the frequency of a signal input to a certain butler circuit into a frequency corresponding to the multiple circular array antenna or the linear array antenna on the signal input side to the plurality of butler circuits.
  • a multiple circular array antenna having a plurality of circular array antennas in which a plurality of antenna elements are arranged in a circle, a linear array antenna composed of some antenna elements among the plurality of antenna elements in the multiple circular array antenna, and the multiplex.
  • a signal transmission method in a transmission device including a plurality of butler circuits capable of supplying a plurality of signals having a phase difference to each of the circular array antennas.
  • One or more butler circuits are selected from the plurality of butler circuits according to the position of the receiving device, and the signal output destination from the one or more butler circuits is supplied from the multiple circular array antenna to the linear array.
  • the transmission device comprises selecting the one or more butler circuits from the plurality of butler circuits based on the transmission quality of the multiple circular array antenna without the antenna element corresponding to the linear array antenna. Signal transmission method.

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Abstract

複数のアンテナ素子が円形に配置された円形アレーアンテナを複数備える多重円形アレーアンテナと、前記多重円形アレーアンテナにおける複数のアンテナ素子のうちの一部のアンテナ素子により構成されるリニアアレーアンテナと前記多重円形アレーアンテナのそれぞれに対して位相差を持った複数の信号を供給可能な複数のバトラー回路と、を備える送信装置。

Description

送信装置、及び信号送信方法
　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技術に関連するものである。
　近年、伝送容量向上のため、ＯＡＭを用いた無線信号の空間多重伝送技術の検討が進められている。（例えば、非特許文献１）。ＯＡＭを持つ電磁波は、伝搬軸を中心に伝搬方向にそって等位相面がらせん状に分布する。異なるＯＡＭモードを持ち、同一方向に伝搬する電磁波は、回転軸方向において空間位相分布が直交するため、異なる信号系列で変調された各ＯＡＭモードの信号を受信局において分離することにより、信号を多重伝送することが可能である。
　このＯＡＭ多重技術を用いた無線通信システムでは、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（以下、ＵＣＡ（Uniform Circular Array）と称する。）を用い、複数のＯＡＭモードを生成・合成して送信することにより、異なる信号系列の空間多重伝送を実現できる（例えば、非特許文献２）。複数のＯＡＭモードの信号生成には、例えば、バトラー回路（バトラーマトリクス回路）が使用される。
　また、異径の複数のＵＣＡを同心円状に配置した多重ＵＣＡにより、同一ＯＡＭモードの信号を多重して送信することができる。受信側では、ＭＩＭＯ技術により、同一ＯＡＭモード内で多重された信号を分離することができる。
J. Wang et al., "Terabit free-space data transmission employing orbital angular momentum multiplexing, "Nature Photonics, Vol.6, pp.488-496, July 2012. Y. Yan et al., "High-capacity millimeter-wave communications with orbital angular momentum multiplexing, "Nature Commun., vol.5, p.4876, Sep. 2014.
　上記のように、ＵＣＡとバトラー回路を用いた送信装置により、大容量の通信が可能になるが、今後は、移動通信への対応が望まれている。移動通信にＯＡＭ多重伝送技術を適用するためには、多方向に信号を送信できる多方向対応や移動追従性が必要である。
　しかし、ＵＣＡ及びバトラー回路を用いた従来の無線伝送技術では、複数のＯＡＭモードの信号をモード間の干渉なく分離するために、送信アンテナと受信アンテナを正面で対向する位置に設置する必要があり、軸合わせが必要であることから多方向非対応かつ移動追従性が低いという課題がある。
　本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ＵＣＡとバトラー回路を用いた送信装置において、多方向対応と移動追従を可能とする技術を提供することを目的とする。
　開示の技術によれば、複数のアンテナ素子が円形に配置された円形アレーアンテナを複数備える多重円形アレーアンテナと、
　前記多重円形アレーアンテナにおける複数のアンテナ素子のうちの一部のアンテナ素子により構成されるリニアアレーアンテナと前記多重円形アレーアンテナのそれぞれに対して位相差を持った複数の信号を供給可能な複数のバトラー回路と
　を備える送信装置が提供される。
　開示の技術によれば、ＵＣＡとバトラー回路を用いた送信装置において、多方向対応と移動追従を可能とする技術が提供される。
ＯＡＭモードの信号を生成するためのＵＣＡの位相設定例を示す図である。 ＯＡＭ多重信号の位相分布と信号強度分布の例を示す図である。 複数のＵＣＡを同心円状に備えるアンテナ構成の例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る技術の基本概念を説明するための図である。 本発明の実施の形態における送信装置の概要を示す図である。 本発明の実施の形態における送信装置の構成例を示す図である。 ＯＡＭモード生成部４０の構成例を示す図である。 バトラー回路とアンテナ素子との接続構成例を示す図である、 信号処理の流れを示すフローチャートである。 ＵＬＡによるビームの例を示す図である。 ＵＬＡによるビームの例を示す図である。 本発明の実施の形態における送信装置の構成例を示す図である。 信号処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態における送信装置の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態における送信装置の構成例を示す図である。 信号処理の流れを示すフローチャートである。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態（本実施の形態）を説明する。以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。
　（基本的な動作例）
　まず、本実施の形態における送信装置において使用するＵＣＡに係る基本的な設定・動作例について説明する。
　図１は、ＯＡＭモードの信号を生成するためのＵＣＡの位相設定例を示す。図１に示すＵＣＡは、８つのアンテナ素子からなるＵＣＡである。
　図１において、送信側におけるＯＡＭモード０，１，２，３，…の信号は、ＵＣＡの各アンテナ素子（●で示す）に供給される信号の位相差により生成される。すなわち、ＯＡＭモードｎの信号は、位相がｎ回転（ｎ×３６０度）になるように各アンテナ素子に供給する信号の位相を設定して生成する。例えば、図１に示すようにＵＣＡがｍ＝８個のアンテナ素子で構成される場合で、ＯＡＭモードｎ＝２の信号を生成する場合は、図１（３）に示すように、位相が２回転するように、各アンテナ素子に反時計回りに３６０ｎ／ｍ＝９０度の位相差（０度，９０度，１８０度，２７０度，０度，９０度，１８０度，２７０度）を設定する。
　なお、ＯＡＭモードｎの信号に対して位相の回転方向を逆にした信号をＯＡＭモード－ｎとする。例えば、正のＯＡＭモードの信号の位相の回転方向を反時計回りとし、負のＯＡＭモードの信号の位相の回転方向を時計回りとする。
　異なる信号系列を異なるＯＡＭモードの信号として生成し、生成した信号を同時に送信することで、空間多重による無線通信を行うことができる。
　受信側でＯＡＭ多重信号を分離するためには、受信側のＵＣＡの各アンテナ素子の位相を、送信側のアンテナ素子の位相と逆方向になるように設定すればよい。
　図２は、ＯＡＭ多重信号の位相分布と信号強度分布の例を示す。図２（１），（２）において、送信側から伝搬方向に直交する端面（伝搬直交平面）で見た、ＯＡＭモード１とＯＡＭモード２の信号の位相分布を矢印で表す。矢印の始めは０度であり、位相が線形に変化して矢印の終わりは３６０度である。すなわち、ＯＡＭモードｎの信号は、伝搬直交平面において、位相がｎ回転（ｎ×３６０度）しながら伝搬する。なお、ＯＡＭモード－１，－２の信号の位相分布の矢印は逆向きになる。
　各ＯＡＭモードの信号は、ＯＡＭモード毎に信号強度分布と信号強度が最大になる位置が異なる。ただし、符号が異なる同じＯＡＭモードの強度分布は同じである。具体的には、ＯＡＭモードが高次になるほど、信号強度が最大になる位置が伝搬軸から遠くなる（非特許文献２）。ここで、ＯＡＭモードの値が大きい方を高次モードと称する。例えば、ＯＡＭモード３の信号は、ＯＡＭモード０、ＯＡＭモード１、ＯＡＭモード２の信号より、高次モードである。
　図２（３）は、ＯＡＭモードごとに信号強度が最大になる位置を円環で示すが、ＯＡＭモードが高次になるほど信号強度が最大になる位置が中心軸から遠くなり、かつ伝搬距離に応じてＯＡＭモード多重信号のビーム径が広がり、ＯＡＭモードごとに信号強度が最大になる位置を示す円環が大きくなる。
　また、例えば図３に示すように、異径の複数のＵＣＡを同心円状に配置した多重ＵＣＡにより、同一ＯＡＭモードの信号を多重して送信することができる。受信側では、ＭＩＭＯ技術により、同一ＯＡＭモード内で多重された信号を分離することができる。図３は、４つの異径のＵＣＡが同心円に配置された多重ＵＣＡの例である。
　（本発明の実施の形態の概要）
　前述したように、ＵＣＡとバトラー回路を用いた送信装置により、大容量の通信が可能になるが、ＵＣＡ及びバトラー回路を用いた従来の無線伝送技術では、多方向への通信が非対応であり、移動追従性も低い。
　そこで、本実施の形態では、図４に示すように、ＵＣＡとＵＬＡ（Uniform Linear Array）を組み合わせて送信装置を構成することとしている。ただし、本実施の形態では、多重ＵＣＡを使用し、ＵＬＡは、多重ＵＣＡを構成する一部のアンテナ素子から構成される。
　ＵＬＡは、複数のアンテナ素子がリニア（直線状）に配置されたアンテナであり、各アンテナ素子に位相を変えて信号を供給することにより、アンテナ列に対する垂直方向から傾いた方向の種々の方向のビームを動的に生成することが可能である。これにより、多方向対応や移動追従性を実現できる。
　図５は、本実施の形態における送信装置の概要構成を示す図である。図５に示すように、本実施の形態の送信装置において、同心異径の多重ＵＣＡのアンテナ素子のうち、一部の直列に並んだアンテナ素子をＵＬＡとして利用する。多重ＵＣＡを構成する各ＵＣＡに対し、位相差を持った信号を生成するバトラー回路が使用される。そのバトラー回路が、ＵＬＡへの位相差を持った信号の供給にも使用される。
　バトラー回路からの出力信号を、ＵＣＡに供給するか、ＵＬＡに供給するかの切り替えについては、例えばスイッチ（スイッチに相当する機構を含む）が使用される。すなわち、本実施の形態に係る送信装置においては、バトラー回路を共通利用し、バトラー回路からの出力信号をスイッチ等によりＵＣＡ又はＵＬＡに振り分けることにより、２種類の送信を切り替えて使用することが可能である。
　以下、本実施の形態における送信装置の構成と動作の例として、実施例１～実施例３を説明する。実施例１～３は任意に組み合わせて実施することが可能である。例えば、送信装置は実施例１～３の機能を全て備えて、適宜機能を選択して動作することとしてもよい。
　（実施例１）
　図６は、実施例１における送信装置１００の構成図である。図６に示すように、実施例１の送信装置１００は、多重ＵＣＡ１０、切替スイッチ部３０、ＯＡＭモード生成部４０、アナログ信号処理部５０、デジタル信号処理部６０、制御部１１０を有する。
　ＯＡＭモード生成部４０は、多重ＵＣＡ１０を構成する複数のＵＣＡの数と同じ数の複数のバトラー回路からなり、切替スイッチ部３０は、各バトラー回路からの出力信号を対応するＵＣＡ又はＵＬＡへ物理的に切り替えるスイッチである。
　例えば、多重ＵＣＡ１０が、異径の４つのＵＣＡ（ＵＣＡ＿１、ＵＣＡ＿２、ＵＣＡ＿３、ＵＣＡ＿４）からなるアンテナである場合において、図７に示すように、ＯＡＭモード生成部４０は、各ＵＣＡに対応する４つのバトラー回路４１～４４を備える。
　多重ＵＣＡ１０が、異径の４つのＵＣＡ（ＵＣＡ＿１、ＵＣＡ＿２、ＵＣＡ＿３、ＵＣＡ＿４）からなるアンテナである場合における、バトラー回路４１と、多重ＵＣＡ１０との接続構成例を図８に示す。図８は一例として、ＵＣＡ＿１に対応するバトラー回路４１に関しての接続構成を示しているが、多重ＵＣＡ１０を構成する他のＵＣＡに関しても同様である。
　図８に示すように、ＵＣＡ＿１は、８個のアンテナ素子＃１～＃８が円形状に配置されたアンテナである。また、図８に示す例では、ＵＣＡ＿１に対応するバトラー回路４１からの信号供給を受けるＵＬＡ（ＵＬＡ＿１）として、図８上での水平方向のアンテナ列（ＵＣＡ＿１のアンテナ素子＃２と＃６を結ぶ直線上のアンテナ素子の列）を使用しているが、これは例であり、他のアンテナ列を使用してもよい。
　なお、本実施の形態では、あるＵＣＡ＿ｎに対応するバトラー回路が、どのＵＬＡ（多重ＵＣＡ１０内の一部のアンテナ列）に信号を供給するかについて、固定的に設定されているとし、そのＵＬＡをＵＬＡ＿ｎとする。ただし、あるＵＣＡ＿ｎに対応するバトラー回路が、どのＵＬＡ（多重ＵＣＡ１０内の一部のアンテナ列）に信号を供給するかについて、切替スイッチ部３０により切替可能であるとしてもよい。
　図８に示すＵＬＡ＿１は、８個のアンテナ素子＃１～＃８が直線状に配置されたアンテナである。図８の例において、ＵＬＡ＿１の８個のアンテナ素子＃１～＃８のうち、アンテナ素子＃１と＃８はＵＣＡ＿１の一部であり、アンテナ素子＃２と＃７はＵＣＡ＿２の一部であり、アンテナ素子＃３と＃６はＵＣＡ＿３の一部であり、アンテナ素子＃４と＃５はＵＣＡ＿４の一部である。
　また、図８は、多重ＵＣＡ１０を構成する各ＵＣＡに接続されるバトラー回路が、Ｎ個の入力ポートを有していることを示している。基本的には、出力ポート数が、Ｎの最大数であり、図８の例のように、８個の出力ポートを有する場合、Ｎの最大数は８である。なお、「ポート」を「端子」と呼んでもよい。また、後述するように、本実施例では、一例として、ＯＡＭモード１の信号とＯＡＭモード－１の信号を多重して送信する場合の例を示している。
　図８のように、多重ＵＣＡ１０が４つのＵＣＡから構成されることや、各ＵＣＡとＵＬＡのそれぞれのアンテナ素子数が８個であることや、ＯＡＭモード１の信号とＯＡＭモード－１の信号を多重すること等は一例である。多重ＵＣＡ１０は４個よりも多くのＵＣＡから構成されていてもよいし、4個よりも少ないＵＣＡから構成されていてもよい。各ＵＣＡとＵＬＡのそれぞれのアンテナ素子数は、８個よりも多くてもよいし、少なくてもよい。また、各ＵＣＡが送信するＯＡＭモードの数は２個よりも多くてもよいし、少なくてもよい。
　図８に示す例において、入力ポートＡに、ＯＡＭモード１で送信しようとする信号が入力され、入力ポートＢにＯＡＭモード－１で送信しようとする信号が入力されることを想定する。なお、Ｎ個の入力ポートのうち、入力ポートＡと入力ポートＢ以外の入力ポートは、ＯＡＭモード１と－１以外のＯＡＭモードに対応している。
　入力ポートＡからの入力に対して、各出力ポートから反時計回りに４５°（３６０°／８）ずつの位相差を持った信号が出力され、入力ポートＢからの入力に対して、各出力ポートから反時計回りに－４５°ずつの位相差を持った信号が出力される。つまり、入力ポートＡと入力ポートＢの両方に入力がある場合、各出力ポートから異なる位相を持つ２つの信号が合波（多重）された信号が出力される。
　具体的には、ＵＣＡ＿１において、便宜上、アンテナ素子＃１を基準（位相０°）とすると、ＵＣＡ＿１の各アンテナ素子からは、下記の位相を持った２つの信号が合波された信号が出力される。
　アンテナ素子＃１＝（０°，０°）、アンテナ素子＃２＝（４５°，－４５°）、アンテナ素子＃３＝（９０°，－９０°）、アンテナ素子＃４＝（１３５°，－１３５°）、アンテナ素子＃５＝（１８０°，－１８０°）、アンテナ素子＃６＝（２２５°，－２２５°）、アンテナ素子＃７＝（２７０°，－２７０°）、アンテナ素子＃８＝（３１５°，－３１５°）。
　図８の例では、バトラー回路４１の出力ポートＪが、ＵＣＡ＿１のアンテナ素子＃１又はＵＬＡ＿１のアンテナ素子＃１に接続され、出力ポートＩが、ＵＣＡ＿１のアンテナ素子＃２又はＵＬＡ＿１のアンテナ素子＃２に接続され、出力ポートＨが、ＵＣＡ＿１のアンテナ素子＃３又はＵＬＡ＿１のアンテナ素子＃３に接続され、出力ポートＧが、ＵＣＡ＿１のアンテナ素子＃４又はＵＬＡ＿１のアンテナ素子＃４に接続され、出力ポートＦが、ＵＣＡ＿１のアンテナ素子＃５又はＵＬＡ＿１のアンテナ素子＃５に接続され、出力ポートＥが、ＵＣＡ＿１のアンテナ素子＃６又はＵＬＡ＿１のアンテナ素子＃６に接続され、出力ポートＤが、ＵＣＡ＿１のアンテナ素子＃７又はＵＬＡ＿１のアンテナ素子＃７に接続され、出力ポートＣが、ＵＣＡ＿１のアンテナ素子＃８又はＵＬＡ＿１のアンテナ素子＃８に接続される。
　なお、図示の便宜上、図８では、出力ポートＪのみの接続を示している。各出力ポートから出力された信号は、当該出力ポートに切替スイッチ部３０（分岐点）を介して接続されるアンテナ素子に供給され、アンテナ素子から電波として出力される。
　＜動作例＞
　実施例１における図６に示す送信装置１００の動作例を図９のフローチャートを参照して説明する。
　Ｓ１０１において、データがデジタル信号処理部６０に入力される。Ｓ１０２において、デジタル信号処理部６０は、入力されたデータから、搬送波に乗せて送信するデジタル信号を生成し、生成したデジタル信号をアナログ信号処理部５０に出力する。
　Ｓ１０３において、アナログ信号処理部５０は、デジタル信号をアナログ信号に変換（デジタル-アナログ変換）し、出力信号の周波数を搬送波の周波数帯（例：２８ＧＨｚ帯）に変換する。アナログ信号処理部５０は、生成したアナログ信号をＯＡＭモード生成部４０における各バトラー回路に入力する。
　ＯＡＭモード生成部４０及び多重ＵＣＡ１０が、図７、図８に示した構成であると想定すると、ＯＡＭモード生成部４０における各バトラー回路には、ＯＡＭモード１で送信する信号とＯＡＭモード－１で送信する信号がアナログ信号処理部５０から入力される。
　Ｓ１０４において、ＯＡＭモード生成部４０における各バトラー回路は、図８を参照して説明したように、ＯＡＭモードの信号を生成し、生成した信号を各出力ポートから出力する。
　ここでは、送信装置１００における制御部１１０が、各受信装置の位置（送信装置１００に対する受信装置が存在する方向でもよい）を把握しているとする。なお、送信装置１００の制御部１１０が、受信側の状態（受信装置の位置等）を把握する方法としてどのような方法を用いてもよい。例えば、制御部１１０が、受信装置から送信された参照信号を受信することで受信装置の位置を把握してもよいし、受信装置から送信された位置情報を受信することで受信装置の位置を把握してもよい。また、制御部１１０に、受信装置の位置（固定位置、時刻毎の移動予定位置等）が予め設定されることとしてもよい。
　例えば、制御部１１０が、多重ＵＣＡ１０を用いた通信を行うことが可能な位置（送信装置１００と対向する位置）に受信装置があることに加えて、多重ＵＣＡを用いた通信を行うことが可能な位置ではない位置に受信装置があると判断すると、制御部１１０は、切替スイッチ部３０に対して、ＯＡＭモード生成部４０におけるあるバトラー回路（ＵＣＡ＿ｘに対応するバトラー回路とする。なお、複数のバトラー回路でもよい）の各出力ポートをＵＬＡ＿ｘの各アンテナ素子に接続するよう指示する。他のバトラー回路の各出力ポートは、対応するＵＣＡに接続されている。
　このケースでは、Ｓ１０５、Ｓ１０６において、ＯＡＭモード生成部４０を構成する複数バトラー回路のうちＵＣＡ＿ｘに対応するバトラー回路の各出力ポートから出力された信号は、ＵＬＡ＿ｘの各アンテナ素子に供給される。他のバトラー回路の各出力ポートから出力された信号は対応するＵＣＡの各アンテナ素子に供給される。
　ＯＡＭモード１に対応する位相差を持った信号とＯＡＭモード－１に対応する位相差を持った信号とがＵＬＡ＿ｘの各アンテナ素子に供給されるため、ＵＬＡ＿ｘは複数の方向にビームを向けた信号を送信することができる。ＵＬＡ＿ｘは１つでもよいし、複数でもよい。
　継続利用される多重ＵＣＡ１０に関して、ＵＬＡ＿ｘに使用されるアンテナ素子はＵＣＡとしては利用されなくなるが、その他のＵＣＡにより継続して大容量通信が可能である。
　制御部１１０は、１つ又は複数のＵＬＡ＿ｘ（ＵＣＡ＿ｘ）を、受信装置の存在位置に応じて選択することができる。
　例えば、便宜上、多重ＵＣＡ１０の円形の面が、地面（Ｘ－Ｙの水平面）に対して垂直であるとし、多重ＵＣＡ１０を上から見て、地面に対して平行になるＵＬＡが、図１０に示すＵＬＡ＿ｘであるとする。ＵＬＡ＿ｘが、ビーム１とビーム２で信号を送信することができる場合、例えば、制御部１１０は、これらのビームの方向に受信装置が存在することを把握した場合、ＵＬＡとして当該ＵＬＡ＿ｘを選択する。
　また、図１１に示すように、ＵＬＡ＿ｙは、多重ＵＣＡ１０における垂直に立っている位置のＵＬＡであり、図示するように、上下方向にビームを形成できるとする。この場合、制御部１１０は、例えば、ビーム３の方向に受信装置が存在することを把握した場合、ＵＬＡとして当該ＵＬＡ＿ｙを選択することができる。また、制御部１１０は、受信装置の位置に応じて、ＵＬＡ＿ｘとＵＬＡ＿ｙの両方を選択することもできる。
　また、図１０に示すＵＬＡ＿ｘを使用するケースにおいて、例えば、受信装置が位置Ａにあることを制御部１１０が把握したとすると、制御部１１０は、アナログ信号処理部５０に対して、方向Ａで送信する信号のみを該当バトラー回路の入力ポートＡに入力させるととともに、切替スイッチ部３０に対して、該当バトラー回路の各出力ポートをＵＬＡ＿ｘの各アンテナ素子に接続するよう指示する。これにより、ＵＬＡ＿ｘから、図１０のビーム１で信号が送信され、受信装置は品質の良い信号を受信することができる。
　更に、受信装置が位置Ｂに移動したことを制御部１１０が把握したとすると、制御部１１０は、アナログ信号処理部５０に対して、方向Ａで送信する信号を入力ポートＢに入力させるように切り替えることで、ＵＬＡ＿ｘから、図１０のビーム２で信号が送信され、受信装置は品質の良い信号を受信することができる。
　同様に受信装置が他の位置に移動した場合は、制御部１１０は、アナログ信号処理部５０に対して、ＯＡＭモード１で送信する信号の出力を、その方向に対応した入力ポートｎに切り替えることで、ＯＡＭモード１に対応する位相差とは異なる位相差の信号をＵＬＡ＿ｘに供給できるので、ビームの方向を変更することができる。このように、ＵＬＡ＿ｘを用いることで、受信装置の移動に追随してビームを向けることができる。
　また、受信装置Ｒ１，Ｒ２が異なる位置ＡとＢにあることを制御部１１０が把握したとすると、制御部１１０は、アナログ信号処理部５０に対して、受信装置Ｒ１に送信する信号を入力ポートＡに入力させ、受信装置Ｒ２に送信する信号を入力ポートＢに入力させるようにすることで、ＵＬＡ＿ｘから、図１０のビーム１と２を用いて信号が送信され、受信装置Ｒ１、Ｒ２はそれぞれ品質の良い信号を受信することができる。
　入力ポートＡ及びＢへのこれらの信号の入力タイミングは、同時であっても別であっても良い。また、ＵＬＡ＿ｘのビームの生成自由度（方向の数）及びバトラー回路の入力ポート数に従って、同時または個別に複数の方向に信号を送信することができる。
　上記のように、ある一定の移動方向に対するビーム方向の変更は、使用するＵＬＡに対応したバトラー回路の入力ポートを選択することで行うことが可能である。その上で、ＵＬＡを選択することで、３次元的に追従可能なビーム方向の制御を実現できる。
　また、複数の信号を異なるポート（もしくは異なるＵＬＡに対応したバトラー回路の異なるポート）に入力することで、同時に複数の方向にビームを出すことが可能である。
　すなわち、多重ＵＣＡ１０自体の向きや、選択する１又は複数のＵＬＡにより３次元的に多方向にビームを向けることができる。また、ＵＬＡの選択をダイナミックに行うことで、移動追従を行うことができる。
　制御部１１０は、信号供給先をＵＬＡに切り替えるＵＣＡを選択する際には、継続利用する多重ＵＣＡ１０による伝送品質の低下を最小化するように（あるいは要求品質を担保可能なように）ＵＣＡを選択することとしてもよい。
　例えば、様々な伝搬チャネルの環境において、継続利用する多重ＵＣＡ１０による伝送品質の低下を最小化する（あるいは要求品質を担保可能な）ＵＣＡ（ＵＬＡへ切り替えるために使用されなくなるＵＣＡ）がどれであるかを、シミュレーション等により決定しておき、そのデータを制御部１１０が保持しておく。そして、運用中には、制御部１１０は、受信装置から参照信号を受信することで、伝搬チャネルを推定し、保持するデータに基づいて、その伝搬チャネルに対応する、伝送品質の低下を最小化する（あるいは要求品質を担保可能な）ＵＣＡを選択する。なお、選択するＵＣＡは１つでもよいし、複数でもよい。
　ビームの方向に応じて、ＵＬＡへの切り替え対象とするＵＣＡを選択する場合には、例えば、制御部１１０は、まず、ビームの方向に応じてＵＬＡへの切り替え対象とするＵＣＡを選択し、そのＵＣＡを除いた多重ＵＣＡ１０が要求品質を担保可能であるかどうかをチェックし、担保可能であれば切り替えを実行する。担保可能でなければ、例えば、最初に選択したＵＣＡ（ＵＬＡ）によるビームに近いビームになるＵＣＡ（ＵＬＡ）を選択し、そのＵＣＡを除いた多重ＵＣＡ１０が要求品質を担保可能であるかどうかをチェックする。このような処理を繰り返す。
　（実施例２）
　次に、実施例２を説明する。以下、主に、実施例１と異なる点について説明する。
　＜装置構成例＞
　図１２は、実施例２における送信装置１００の構成図である。図１２に示すように、実施例２の送信装置１００は、多重ＵＣＡ１０、周波数制限フィルタ７０、ＯＡＭモード生成部４０、アナログ信号処理部５０、デジタル信号処理部６０、制御部１１０を有する。
　図１２に示すように、実施例１の切替スイッチ部３０に代えて、周波数制限フィルタ７０が備えられた点が実施例１と異なる。
　実施例２では、多重ＵＣＡ１０を動作させる周波数帯と、多重ＵＣＡ１０の一部のアンテナ列であるＵＬＡを動作させる周波数帯を分けることを想定している。例えば、ＯＡＭモード生成部４０（バトラー回路）から出力される信号の周波数帯が５～１０であるとし、多重ＵＣＡ１０を動作させる周波数帯が８～１０であり、ＵＬＡを動作させる周波数帯が５～７であるとする。
　多重ＵＣＡ１０とＵＬＡの動作可能な周波数帯が重なっている場合やその周波数帯以外の電波漏洩を防ぐため、周波数制限フィルタ７０を設けることで動作周波数帯を制限する。実施例２では、多重ＵＣＡ１０とＵＬＡの動作可能な周波数帯が重なっていることを想定しており、そのため、周波数制限フィルタ７０の通過帯域８～１０のフィルタ出力は多重ＵＣＡ１０に、通過帯域５～７のフィルタ出力はＵＬＡに接続することで動作帯域を分ける。なお、多重ＵＣＡ１０とＵＬＡの動作可能な周波数帯が異なる場合は、周波数制限フィルタ７０を除いても良い。
　実施例２において、アナログ信号処理部５０は、周波数変換処理によって、多重ＵＣＡ１０に対応した周波数の信号、又は、ＵＬＡに対応した周波数の信号を出力することを想定している。
　＜動作例＞
　実施例２における図１２に示す送信装置１００の動作例を図１３のフローチャートを参照して説明する。
　Ｓ１０１～Ｓ１０４は、基本的に実施例１におけるＳ１０１～Ｓ１０４と同じである。実施例２では、実施例１での切替スイッチ部３０での信号切替に代えて、周波数制限フィルタ７０での帯域制限（動作帯域の分け方）に従って、アナログ信号処理部５０により周波数変換を行い、各バトラー回路の各出力ポートから出力される信号の供給先の選択（切り替え）を行って、多重ＵＣＡ１０及びＵＬＡから信号を送信する（Ｓ１１５、Ｓ１０６）。切り替えのための制御内容は実施例１と同様である。
　例えば、制御部１１０が、受信装置の位置等に基づき、ＵＣＡ＿ｘとＵＣＡ＿ｙをそれぞれＵＬＡ＿ｘとＵＬＡ＿ｙに切り替えることを決定すると、制御部１１０は、アナログ信号処理部５０に対して、デジタル信号処理部６０から受信した信号の周波数をＵＬＡ＿ｘとＵＬＡ＿ｙに対応した周波数に変換するよう指示する。
　なお、周波数制限フィルタ７０に通過帯域を制御可能なチューナブルフィルタを適用し、アナログ信号処理部５０の出力信号の周波数制御に合わせて、このフィルタの通過帯域を動的に設定しても良い。例えば、ＵＣＡから信号を送信させたい場合に、アナログ信号処理部５０が、ＵＣＡ向けの周波数帯域として７～８の帯域の周波数への変換を行う場合には、周波数制限フィルタ７０の通過帯域を７～８に設定する。このような制御は制御部１１０により行うことが可能である。
　＜実施例２における他の構成例＞
　上記の構成では、アナログ信号処理部５０が搬送波周波数帯への変換機能を有することとしたが、その変換機能をアナログ信号処理部５０の外部に備えてもよい。その場合の構成例を図１４に示す。図１４に示すように、アナログ信号処理部５０の出力に周波数変換部８０を接続し、アナログ信号処理部５０の出力信号の周波数帯を、周波数変換部８０によってＵＣＡやＵＬＡに対応した周波数帯に変換する。
　（実施例３）
　次に、実施例３を説明する。主に、実施例１と異なる点について説明する。
　＜装置構成例＞
　図１５は、実施例３における送信装置１００の構成図である。図１５に示すように、実施例３の送信装置１００は、多重ＵＣＡ１０、分波部９０、ＯＡＭモード生成部４０、合波部９５、アナログ信号処理部５０、デジタル信号処理部６０、制御部１１０を有する。
　図１５に示すように、実施例１の構成に対して、合波部９５が追加されるとともに、切替スイッチ部３０に代えて、分波部９０が備えられた点が実施例１と異なる。
　実施例３においても、多重ＵＣＡ１０を動作させる周波数帯と、ＵＬＡを動作させる周波数帯が異なることを想定している。
　実施例３では、アナログ信号処理部５０から、多重ＵＣＡ１０に対応する周波数帯の信号と、ＵＬＡに対応する周波数帯の信号とが出力され、合波部９５にて、これらの信号が合波（多重）される。
　合波された信号は、合波部９５から各バトラー回路に入力される。具体的には、図８に示した構成例において、バトラー回路４１に着目すると、ＵＣＡ＿１によりＯＡＭモード１で送信される信号とＵＬＡ＿１によりＯＡＭモード１に対応した位相差で送信される信号とが合波された信号が入力ポートＡに入力され、ＵＣＡ＿１によりＯＡＭモード－１で送信される信号とＵＬＡ＿１によりＯＡＭモード－１に対応した位相差で送信される信号とが合波された信号が入力ポートＢに入力される。
　なお、アナログ信号処理部５０と合波部９５との間に、図１４で説明した周波数変換部８０を備えてもよい。この場合、周波数変換部８０が、多重ＵＣＡ１０に対応する周波数帯への周波数変換、及び、ＵＬＡに対応する周波数帯への周波数変換を行う。
　バトラー回路の各出力ポートからは、ＯＡＭモードに対応した位相差を持った信号（合波信号）が出力される。分波部９０は、バトラー回路の各出力ポートから合波信号を受信し、合波信号を、ＵＣＡ向けの周波数帯の信号と、ＵＬＡ向けの周波数帯の信号に分波（分離）する。そして、分波部９０は、ＵＣＡから信号を送信させる場合には、ＵＣＡ向けの周波数帯の信号をＵＣＡの各アンテナ素子に供給し、ＵＬＡから信号を送信させる場合には、ＵＬＡ向けの周波数帯の信号をＵＬＡの各アンテナ素子に供給する。なお、分波部９０は、このような切り替えを行うための切替スイッチの機能を分波機能の後段に備えてもよい。
　分波部９０の機能は、前述した周波数制限フィルタ７０の機能と同様であり、通過帯域を分けることである。また、分波部９０の通過帯域は予め設定されていて固定であることを想定している。ただし、分波部９０の通過帯域をチューナブルとしてもよい。すなわち、分波部９０として周波数制限フィルタ７０を用いてもよい。
　＜動作例＞
　実施例３における図１５に示す送信装置１００の動作例を図１６のフローチャートを参照して説明する。
　Ｓ１０１～Ｓ１０３は、実施例１におけるＳ１０１～Ｓ１０３と同様である。実施例３では、Ｓ１２３において上述した合波を行う点と、Ｓ１２５において、分波を行う点が実施例１と異なる。
　切り替えのための制御内容は基本的には実施例１と同様である。例えば、制御部１１０が、受信装置の位置等に基づき、ＵＣＡ＿ｘとＵＣＡ＿ｙをそれぞれＵＬＡ＿ｘとＵＬＡ＿ｙに切り替えることを決定すると、制御部１１０は、分波部９０に対して、ＵＣＡ＿ｘとＵＣＡ＿ｙに対応する各バトラー回路の各出力ポートからの信号をＵＬＡ＿ｘとＵＬＡ＿ｙの各アンテナ素子に供給するように指示する。
　（実施の形態の効果）
　以上説明した本実施の形態に係る技術により、ＵＣＡとバトラー回路を用いた送信装置において、多方向対応と移動追従が可能となる。
　（実施の形態のまとめ）
　本明細書には、少なくとも下記の各項に記載した送信装置、及び信号送信方法が記載されている。
（第１項）
　複数のアンテナ素子が円形に配置された円形アレーアンテナを複数備える多重円形アレーアンテナと、
　前記多重円形アレーアンテナにおける複数のアンテナ素子のうちの一部のアンテナ素子により構成されるリニアアレーアンテナと前記多重円形アレーアンテナのそれぞれに対して位相差を持った複数の信号を供給可能な複数のバトラー回路と
　を備える送信装置。
（第２項）
　前記複数のバトラー回路と、前記多重円形アレーアンテナとの間に周波数制限フィルタが備えられ、前記周波数制限フィルタにより、前記多重円形アレーアンテナに対応した周波数の信号が前記多重円形アレーアンテナに供給される、又は、前記リニアアレーアンテナに対応した周波数の信号が前記リニアアレーアンテナに供給される
　第１項に記載の送信装置。
（第３項）
　前記複数のバトラー回路と、前記多重円形アレーアンテナとの間に切替スイッチ部が備えられ、前記切替スイッチ部が、あるバトラー回路から出力された信号を前記多重円形アレーアンテナ又は前記リニアアレーアンテナに供給する
　第１項に記載の送信装置。
（第４項）
　前記複数のバトラー回路への信号入力側において、前記多重円形アレーアンテナに対応した周波数の信号と、前記リニアアレーアンテナに対応した周波数の信号とを合波する合波部を備える
　第１項又は第２項に記載の送信装置。
（第５項）
　前記複数のバトラー回路への信号入力側において、あるバトラー回路へ入力する信号の周波数を、前記多重円形アレーアンテナ又は前記リニアアレーアンテナに対応した周波数に変換する周波数変換部を備える
　請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の送信装置。
（第６項）
　複数のアンテナ素子が円形に配置された円形アレーアンテナを複数備える多重円形アレーアンテナと、前記多重円形アレーアンテナにおける複数のアンテナ素子のうちの一部のアンテナ素子により構成されるリニアアレーアンテナと前記多重円形アレーアンテナのそれぞれに対して位相差を持った複数の信号を供給可能な複数のバトラー回路と、を備える送信装置における信号送信方法であって、
　受信装置の位置に応じて、前記複数のバトラー回路から１つ以上のバトラー回路を選択し、当該１つ以上のバトラー回路から出力される信号の供給先を、前記多重円形アレーアンテナから前記リニアアレーアンテナに切り替え、前記リニアアレーアンテナに信号を送信させる
　信号送信方法。
（第７項）
　前記送信装置は、リニアアレーアンテナに対応するアンテナ素子を使用しない前記多重円形アレーアンテナによる伝送品質に基づいて、前記１つ以上のバトラー回路を前記複数のバトラー回路から選択する
　第６項に記載の信号送信方法。
　以上、本実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０　多重ＵＣＡ
３０　切替スイッチ部
４０　ＯＡＭモード生成部
５０　アナログ信号処理部
６０　デジタル信号処理部
７０　周波数制限フィルタ
８０　周波数変換部
９０　分波部
９５　合波部
１００　送信装置
１１０　制御部

Claims (7)

  1. 　複数のアンテナ素子が円形に配置された円形アレーアンテナを複数備える多重円形アレーアンテナと、
    　前記多重円形アレーアンテナにおける複数のアンテナ素子のうちの一部のアンテナ素子により構成されるリニアアレーアンテナと前記多重円形アレーアンテナのそれぞれに対して位相差を持った複数の信号を供給可能な複数のバトラー回路と
    　を備える送信装置。
  2. 　前記複数のバトラー回路と、前記多重円形アレーアンテナとの間に周波数制限フィルタが備えられ、前記周波数制限フィルタにより、前記多重円形アレーアンテナに対応した周波数の信号が前記多重円形アレーアンテナに供給される、又は、前記リニアアレーアンテナに対応した周波数の信号が前記リニアアレーアンテナに供給される
    　請求項１に記載の送信装置。
  3. 　前記複数のバトラー回路と、前記多重円形アレーアンテナとの間に切替スイッチ部が備えられ、前記切替スイッチ部が、あるバトラー回路から出力された信号を前記多重円形アレーアンテナ又は前記リニアアレーアンテナに供給する
    　請求項１に記載の送信装置。
  4. 　前記複数のバトラー回路への信号入力側において、前記多重円形アレーアンテナに対応した周波数の信号と、前記リニアアレーアンテナに対応した周波数の信号とを合波する合波部を備える
    　請求項１又は２に記載の送信装置。
  5. 　前記複数のバトラー回路への信号入力側において、あるバトラー回路へ入力する信号の周波数を、前記多重円形アレーアンテナ又は前記リニアアレーアンテナに対応した周波数に変換する周波数変換部を備える
    　請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の送信装置。
  6. 　複数のアンテナ素子が円形に配置された円形アレーアンテナを複数備える多重円形アレーアンテナと、前記多重円形アレーアンテナにおける複数のアンテナ素子のうちの一部のアンテナ素子により構成されるリニアアレーアンテナと前記多重円形アレーアンテナのそれぞれに対して位相差を持った複数の信号を供給可能な複数のバトラー回路と、を備える送信装置における信号送信方法であって、
    　受信装置の位置に応じて、前記複数のバトラー回路から１つ以上のバトラー回路を選択し、当該１つ以上のバトラー回路から出力される信号の供給先を、前記多重円形アレーアンテナから前記リニアアレーアンテナに切り替え、前記リニアアレーアンテナに信号を送信させる
    　信号送信方法。
  7. 　前記送信装置は、リニアアレーアンテナに対応するアンテナ素子を使用しない前記多重円形アレーアンテナによる伝送品質に基づいて、前記１つ以上のバトラー回路を前記複数のバトラー回路から選択する
    　請求項６に記載の信号送信方法。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5951372A (ja) * 1982-09-17 1984-03-24 Mitsubishi Electric Corp アンテナ装置
WO2017125969A1 (ja) * 2016-01-20 2017-07-27 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 送信装置、受信装置、送信方法、および受信方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5951372B2 (ja) 2012-07-05 2016-07-13 株式会社カネカ タッチパネルおよびその製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5951372A (ja) * 1982-09-17 1984-03-24 Mitsubishi Electric Corp アンテナ装置
WO2017125969A1 (ja) * 2016-01-20 2017-07-27 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 送信装置、受信装置、送信方法、および受信方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SASAKI, HIROFUMI: "Experimental Investigation of OAM-MIMO multiplexing technique for ultra high capacity wireless transmission", IEICE TECHNICAL REPORT, vol. 118, 27 February 2019 (2019-02-27), pages 111 - 116, XP009537450 *

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