WO2023199467A1 - 無線通信方法、無線通信システム、送信装置及び受信装置 - Google Patents

無線通信方法、無線通信システム、送信装置及び受信装置 Download PDF

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WO2023199467A1
WO2023199467A1 PCT/JP2022/017798 JP2022017798W WO2023199467A1 WO 2023199467 A1 WO2023199467 A1 WO 2023199467A1 JP 2022017798 W JP2022017798 W JP 2022017798W WO 2023199467 A1 WO2023199467 A1 WO 2023199467A1
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signal
phase offset
wireless
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oam mode
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PCT/JP2022/017798
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知哉 景山
斗煥 李
宏礼 芝
健 平賀
淳 増野
裕文 笹木
穂乃花 伊藤
康徳 八木
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日本電信電話株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication method, a wireless communication system, a transmitter, and a receiver.
  • Non-Patent Document 1 In recent years, in order to improve communication capacity, studies are underway on spatial multiplexing transmission technology for wireless signals using orbital angular momentum (OAM) (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • OAM orbital angular momentum
  • an electromagnetic wave having OAM equal phase planes are distributed in a spiral shape along the propagation direction with the propagation axis as the center.
  • Electromagnetic waves having different OAM modes and propagating in the same direction have spatial phase distributions that are orthogonal in the rotation axis direction. Therefore, it is possible to spatially multiplex the signals by separating the signals of each OAM mode modulated with different signal sequences in the receiving device.
  • This OAM multiplex transmission can be realized by generating and multiplexing multiple OAM modes using a circular array antenna (UCA) in which multiple antenna elements are arranged in a circle at regular intervals (for example, , see Non-Patent Document 2).
  • UCA circular array antenna
  • DFT discrete Fourier transform
  • IDFT inverse discrete Fourier transform
  • RF (Radio Frequency) elements such as transmission amplifiers and mixers generally have variations in characteristics such as input limit (P1 dB: output power at 1 dB gain compression) and gain due to manufacturing errors.
  • P1 dB input limit
  • RF elements with different characteristics may be used for each antenna in a system having multiple RF systems.
  • the transmission power is generally limited to the element with the lowest P1 dB, which leads to a reduction in the transmission power.
  • an object of the present invention is to provide a wireless communication method, a wireless communication system, a transmitter, and a receiver that can improve transmission power in OAM multiplex transmission.
  • a transmitting device having an antenna that transmits an OAM (Orbital Angular Momentum) multiplexed signal using a plurality of antenna elements arranged in a circle applies a phase offset amount to a signal transmitted in each OAM mode.
  • OAM Organic Angular Momentum
  • a phase offset imparting step of imparting a phase offset amount the transmitting device generates a signal of each OAM mode to be transmitted by each of the antenna elements from the signal to which the phase offset amount is imparted; an OAM mode generation step of generating a multiplexed signal by multiplexing signals for each antenna element; and the transmitting device converts the multiplexed signal for each antenna element into a wireless multiplexed signal by a wireless processing unit, and converts the multiplexed signal for each antenna element into a wireless multiplexed signal.
  • a wireless communication system includes a transmitting device and a receiving device, and the transmitting device includes an antenna that transmits an OAM (Orbital Angular Momentum) multiplexed signal using a plurality of circularly arranged antenna elements; a phase offset applying unit that applies a phase offset amount to a signal to be transmitted in each OAM mode; and a phase offset applying unit that generates a signal in each OAM mode to be transmitted by each of the antenna elements from the signal to which the phase offset amount is applied; an OAM mode generation unit that generates a multiplexed signal by multiplexing the signals of each OAM mode for each antenna element, and converts the multiplexed signals for each antenna element into wireless multiplexed signals, a wireless processing unit that transmits from the corresponding antenna element; and a phase offset amount calculation unit that calculates a phase offset amount to be added to a signal transmitted by the phase offset applying unit in each OAM mode according to the characteristics of the wireless processing unit.
  • OAM Organic Angular Momentum
  • the receiving device includes a receiving unit that receives the wireless multiplexed signal transmitted from each of the plurality of antenna elements and converts the frequency of the received multiplexed signal, and the multiplexed signal whose frequency has been converted by the receiving unit.
  • an OAM mode separation section that separates a signal into signals of each OAM mode; and a received signal processing section that removes the phase offset amount imparted by the phase offset imparting section from the signal of the OAM mode separated by the OAM mode separation section.
  • the wireless communication system includes: estimating the characteristics of the wireless processing unit based on the wireless multiplexed signal converted by the wireless processing unit; or estimating the characteristics of the wireless multiplexed signal converted by the receiving unit.
  • the wireless processing unit further includes an estimating unit that estimates characteristics of the wireless processing unit based on the wireless processing unit.
  • a transmitting device includes an antenna that transmits an OAM (Orbital Angular Momentum) multiplexed signal using a plurality of antenna elements arranged in a circle, and a phase offset that applies a phase offset amount to the signal transmitted in each OAM mode. and a multiplexing unit that generates a signal of each OAM mode to be transmitted by each of the antenna elements from the signal to which the phase offset amount is added, and multiplexes the generated signal of each OAM mode for each antenna element.
  • OAM Organic Angular Momentum
  • an OAM mode generation unit that generates a signal; a radio processing unit that converts the multiplexed signal for each antenna element into a wireless multiplexed signal and transmits the wireless multiplexed signal from the corresponding antenna element; and the wireless processing unit.
  • an estimating section that estimates the characteristics of the wireless processing section based on the wireless multiplexed signal converted by the estimating section; and an estimating section that estimates the characteristics of the wireless processing section based on the wireless multiplexed signal converted by the estimating section;
  • a phase offset amount calculation unit that calculates a phase offset amount to be added to a signal to be transmitted depending on the mode.
  • a receiving device transmits OAM (Orbital Angular Momentum) multiplexed signals from each of a plurality of circularly arranged antenna elements of an antenna of a transmitting device that transmits multiplexed signals, and multiplexes signals in each OAM mode.
  • OAM Organic Angular Momentum
  • the transmitter includes an estimator that estimates the characteristics of the frequency converter that converted the radio frequency multiplexed signal, and a notification section that notifies the transmitter of the characteristics estimated by the estimator.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of UCA phase settings for generating an OAM mode signal.
  • 1 is a configuration diagram of a wireless communication system in an embodiment of the present invention. It is a diagram showing an example of the configuration of a transmitting device in the same embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a connection configuration from an OAM mode generation device of a transmitting device to a UCA in the same embodiment. It is a figure showing an example of functional composition of a transmission control device in the same embodiment. It is a figure showing an example of functional composition of a phase offset calculation device in the same embodiment. It is a figure showing an example of functional composition of an estimation device in the same embodiment. It is a figure showing an example of composition of a receiving device in the same embodiment.
  • FIG. 3 is a sequence diagram showing processing of the wireless communication system in the same embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a reception constellation subjected to nonlinear distortion in the same embodiment.
  • FIG. 3 is a flow diagram showing an algorithm for estimating nonlinear distortion in the same embodiment.
  • FIG. 3 is a flow diagram showing the processing of the transmitting device in the same embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing the hardware configuration of a transmitting device and a receiving device.
  • the present embodiment relates to a technology for spatially multiplexing and transmitting wireless signals using orbital angular momentum (OAM) of electromagnetic waves.
  • OFAM orbital angular momentum
  • This embodiment improves transmission power by utilizing the difference in PAPR (Peak-to-average power ratio) of transmission signals from each antenna element in OAM multiplex transmission. Therefore, the transmitter of this embodiment allocates a low PAPR signal to a low P1 dB antenna element. This reduces input margin and improves transmission power.
  • PAPR Peak-to-average power ratio
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of UCA phase settings for generating an OAM mode signal.
  • FIGS. 1(a) to 1(e) respectively show phase settings of signals transmitted from each UCA in order for the transmitting device to generate signals of OAM modes 0 to 4.
  • the OAM mode is also simply referred to as a mode.
  • a circle placed on the dotted line circumference indicates each antenna element of the UCA. The figure shows an example where the number M of antenna elements is eight.
  • the transmitting device generates an OAM mode signal by giving a phase difference using a DFT transformation matrix to the signal supplied to each antenna element of the UCA. Near each circle representing an antenna element, the phase difference given to the signal transmitted from that antenna element is shown. Specifically, the phase difference of the OAM mode n signal supplied to each antenna element is set so that the phase is n rotations. The topmost antenna element on the circle is set as the first antenna element. For example, as shown in FIG. 1(c), when transmitting an OAM mode 2 signal using an 8-element UCA, the phase difference given to each of the 1st to 8th antenna elements is 0 degrees, 90 degrees clockwise. degrees, 180 degrees, 270 degrees, 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees. Furthermore, by applying a phase difference to each antenna element in the opposite direction to OAM mode 2, an OAM mode-2 signal is generated.
  • the number of multiplexed modes can be up to the same number as the number of antenna elements, but may be less than the number of antenna elements.
  • the phase of each antenna element of the UCA included in the receiving device may be set to be in the opposite rotation direction to the phase of the transmitting device.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the wireless communication system 1 in the embodiment of the present invention.
  • the wireless communication system 1 includes a wireless transmission device 11 and a wireless transmission device 12.
  • the wireless transmission device 11 and the wireless transmission device 12 are installed facing each other.
  • the wireless transmission devices 11 and 12 are base stations that do not move.
  • such an assumption is just an example. That is, one or both of the wireless transmission devices 11 and 12 may move.
  • the wireless transmission device 11 and the wireless transmission device 12 each have a transmitting device 100 and a receiving device 300.
  • the transmitting device 100 and the receiving device 300 are wireless communication devices that perform wireless communication.
  • the transmitting device 100 has an OAM multiplex signal transmitting function.
  • Transmitting device 100 includes an OAM mode generating device and a UCA.
  • the transmitting device 100 transmits an OAM multiplexed signal in which signals of one or more different OAM modes are multiplexed from the UCA.
  • Receiving device 300 has an OAM multiplex signal receiving function.
  • Receiving device 300 includes an OAM mode separation device and a UCA.
  • Receiving device 300 receives, by UCA, an OAM multiplexed signal in which signals of one or more OAM modes transmitted from opposing transmitting device 100 are multiplexed, and separates the signals of each OAM mode from the received OAM multiplexed signal.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the transmitting device 100.
  • the transmission device 100 includes a transmission control device 110, a signal processing device 120, a phase offset calculation device 130, a phase offset notification device 140, a phase offset giving device 150, and an OAM mode generation device 160. , an RF (Radio Frequency) chain 180 , a UCA 190 , an estimation information acquisition device 210 , and an estimation device 220 .
  • RF Radio Frequency
  • the transmission control device 110 specifies the values of parameters such as the mode multiplexing number, transmission OAM mode, modulation level, and symbol rate of the OAM multiplexed signal to be transmitted.
  • the mode multiplexing number is 1 or more.
  • the modulation method of the OAM multiplex signal is determined by the values of these parameters.
  • Transmission control device 110 notifies signal processing device 120, phase offset calculation device 130, and OAM mode generation device 160 of the specified values of these parameters.
  • the signal processing device 120 generates a digital signal to be transmitted on a carrier wave based on the input data and the parameter values notified from the transmission control device 110.
  • the signal processing device 120 converts the generated digital signal into an analog signal, and converts the frequency of the analog signal into a frequency band of a carrier wave.
  • the signal processing device 120 inputs the frequency-converted signal to the phase offset applying device 150.
  • the phase offset calculation device 130 calculates each OAM based on the transmission OAM mode and mode multiplexing number notified from the transmission control device 110 and information on the amount of nonlinear distortion of each antenna element estimated by the reception device 300 or the estimation device 220. Calculate the phase offset amount of the mode.
  • the amount of phase offset in OAM mode is the amount of phase offset given to the signal transmitted in that OAM mode.
  • the phase offset calculation device 130 calculates the phase offset of each OAM mode so that a signal with low PAPR is assigned to an antenna element with high nonlinear distortion.
  • the phase offset calculation device 130 inputs information on the calculated phase offset amount of each OAM mode to the phase offset notification device 140 and the phase offset giving device 150.
  • the phase offset notification device 140 receives information on the phase offset amount of each OAM mode from the phase offset calculation device 130.
  • the phase offset notification device 140 generates phase offset information indicating the phase offset amount of each input OAM mode.
  • the phase offset notification device 140 converts the generated phase offset information into a format suitable for notification to the receiving device 300, and then notifies the receiving device 300, for example, via a backbone line.
  • the receiving device 300 may restore the signal point of the received signal using the phase offset information received from the phase offset notification device 140, or the receiving device 300 may estimate and compensate for the amount of phase offset. In the latter case, transmitting device 100 may or may not include phase offset notification device 140.
  • the phase offset applying device 150 receives information on the phase offset amount of each OAM mode from the phase offset calculating device 130.
  • the phase offset applying device 150 applies, to the signal input from the signal processing device 120, a phase offset amount in the OAM mode used for transmitting the signal. For example, when transmitting a mode 2 signal using an 8-element UCA as shown in Figure 1(b), by giving a phase offset of 90 degrees, the phase difference given to each of the 1st to 8th antenna elements is Clockwise: 90 degrees, 180 degrees, 270 degrees, 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, 270 degrees, 0 degrees.
  • the phase offset applying device 150 inputs the signal to which the phase offset amount of the OAM mode used for transmission is added to the OAM mode generating device 160.
  • the OAM mode generation device 160 is an analog circuit or a digital signal processing device that provides a DFT transformation matrix.
  • OAM mode generation device 160 generates a signal in the transmission OAM mode specified by transmission control device 110 by adding a DFT transformation matrix to the signal input from phase offset adding device 150.
  • OAM mode generation device 160 multiplexes the generated one or more OAM mode signals and inputs the multiplexed signals to preamble provision device 170 .
  • the preamble adding device 170 adds an orthogonal preamble to the OAM multiplexed signal transmitted from each antenna element and inputs it to the RF chain 180.
  • the RF chain 180 inputs the OAM multiplexed signal to which an orthogonal preamble is added from the preamble adding device 170.
  • RF chain 180 frequency-converts and amplifies the OAM multiplexed signal, and then inputs the signal to UCA 190 .
  • the UCA 190 is an antenna in which M antenna elements are arranged in a circle.
  • UCA 190 transmits and receives OAM multiplex signals. In the following, the signals transmitted or transmitted by the antenna elements of the UCA 190 will be referred to as antenna element signals.
  • the estimated information acquisition device 210 acquires information on the amount of nonlinear distortion of each antenna element of the UCA 190 from the reception device 300.
  • the amount of nonlinear distortion represents the magnitude of P1 dB.
  • the amount of nonlinear distortion in the signal of the antenna element of the UCA 190 will be described as the amount of nonlinear distortion of the antenna element.
  • the estimated information acquisition device 210 notifies the phase offset calculation device 130 of the acquired information on the amount of nonlinear distortion of each antenna element.
  • the information to be notified may represent the antenna element with the smallest amount of nonlinear distortion.
  • the estimation device 220 receives the output from the RF chain 180 and estimates the amount of nonlinear distortion of each antenna element based on the orthogonal preamble components of the input signal.
  • the estimation device 220 notifies the phase offset calculation device 130 of the obtained information on the amount of nonlinear distortion of each antenna element.
  • the notified information may represent the antenna element with the smallest amount of nonlinear distortion.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a connection configuration from the OAM mode generation device 160 to the UCA 190 in the transmitting device 100.
  • the UCA 190 is an antenna in which M antenna elements 191 are arranged in a circle.
  • the M antenna elements 191 are respectively referred to as antenna elements 191-1 to 191-M.
  • the OAM mode generation device 160 has output ports #1 to #M.
  • OAM mode generation device 160 adds a DFT transformation matrix according to the mode to each signal transmitted in modes 0 to N, and generates a transmission signal to be transmitted from each of antenna elements 191-1 to 191-M.
  • the DFT transformation matrix is an OAM mode generation matrix for generating a transmission OAM mode signal.
  • the OAM mode generation device 160 multiplexes the signals of each mode transmitted from the antenna element 191-m for each antenna element 191-m (m is an integer between 1 and M), and outputs the multiplexed signal #m to the output port #. Output from m.
  • the preamble adding device 170 has preamble adding sections 171-1 to 171-M.
  • the preamble adding unit 171-m receives the signal #m output from the output port #m of the OAM mode generation device 160.
  • Preamble adding section 171-m inserts a preamble into signal #m.
  • the preamble adding section 171-m outputs a signal #m with a preamble inserted therein.
  • the RF chain 180 has RF chains #1 to #M. RF elements such as transmission amplifiers and mixers are used in each of RF chains #1 to #M.
  • the RF chain #m receives the signal #m from the preamble adding section 171-m of the preamble adding device 170.
  • RF chain #m converts the frequency of signal #m into a radio frequency using an RF element, amplifies it, and then outputs it to antenna element 191-m, which is the m-th antenna element 191.
  • UCA 190 transmits signals #1 to #M input from RF chain 180 as radio waves from antenna elements 191-1 to 191-M, respectively.
  • antenna element 191-1 of UCA 190 is the reference (phase 0 degrees).
  • OAM mode generation device 160 multiplexes and outputs two signals having the following phases to output port #m corresponding to input port #m of RF chain 180.
  • Antenna element #m [((m-1)/M x 360 x 0) degrees, (m-1)/M x 360 x 1 degrees)]
  • Antenna element #m [x, y] has a phase of x degrees for the mode 0 signal and y degrees for the mode 1 signal among the signals multiplexed and output from the output port #m corresponding to the antenna element 191-m. It means to give and output.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the functional configuration of the transmission control device 110.
  • the transmission control device 110 includes a communication performance acquisition section 111, a transmission OAM mode determination section 112, a multiplexing number determination section 113, and a transmission signal parameter determination section 114.
  • the communication performance acquisition unit 111 is a device that acquires communication characteristic information.
  • Communication characteristic information indicates characteristics of communication between transmitting device 100 and receiving device 300.
  • the characteristics indicated by the communication characteristic information include, for example, the distance between transmitter and receiver, the received signal power to interference and noise ratio (SINR), and the interference between modes.
  • SINR received signal power to interference and noise ratio
  • the transmitting/receiving distance is the distance between the transmitting device 100 and the receiving device 300.
  • the transmission OAM mode determining unit 112 determines the OAM mode to be used for transmission based on the communication characteristic information.
  • the multiplexing number determination unit 113 determines the mode multiplexing number and the modulation level number based on, for example, communication characteristic information.
  • Transmission signal parameter determining section 114 determines values of transmission signal parameters such as coding rate based on communication characteristic information.
  • the transmission OAM mode determination section 112, the multiplex number determination section 113, and the transmission signal parameter determination section 114 use, for example, the distance between transmission and reception and the reception SINR as communication characteristic information.
  • the determined OAM mode, the number of mode multiplexing, the number of modulation levels, and the information on the values of transmission signal parameters such as the coding rate are input to the signal processing device 120, the phase offset calculation device 130, and the OAM mode generation device 160. be done.
  • processing is performed in the order of communication performance acquisition section 111, transmission OAM mode determination section 112, and multiplex number determination section 113, but the order may be changed.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the functional configuration of the phase offset calculation device 130.
  • the phase offset calculation device 130 includes a communication parameter acquisition section 131, a PAPR information holding section 132, and a phase offset determination section 133.
  • the communication parameter acquisition unit 131 acquires information on parameters such as the number of modulation levels, the number of mode multiplexing, and the transmission OAM mode notified from the transmission control device 110, and notifies the phase offset determination unit 133 of the information on these parameters. .
  • the PAPR information holding unit 132 stores PAPR characteristic information.
  • the PAPR characteristic information is calculated based on the values of parameters such as the number of modulation levels, the number of multiplexed modes, and the OAM mode.
  • the PAPR characteristic information indicates the correspondence between the amount of phase offset given to each multiplexed OAM mode signal and the PAPR characteristic of each antenna element 191.
  • the PAPR characteristics are calculated in advance using simulation or theoretical calculation. Note that the PAPR information holding unit 132 may calculate the PAPR characteristics each time.
  • the PAPR information holding unit 132 holds a lookup table (LUT) for each modulation method as PAPR information.
  • the modulation method represents the number of modulation levels, the number of modes to be multiplexed, and the OAM mode to be mode multiplexed.
  • the lookup table represents the relationship between the identification of an antenna element and the phase offset amount of each OAM mode when the PAPR of that antenna element is the lowest.
  • phase offset amount when the phase offset amount is 90 degrees, the position of the constellation is the same before and after the phase offset amount is applied. Therefore, a phase offset amount smaller than 90 degrees is used.
  • the amount of phase offset that can be provided differs depending on the number M of antenna elements. That is, an arbitrary value of 90 degrees or less is used as the amount of phase offset that can be applied. Therefore, although the combinations of phase offset amounts are limited by the memory amount of the lookup table, it is generally possible to implement any number of combinations.
  • the PAPR of each antenna element is calculated for all combinations when a phase offset amount that can be given to each multiplexed OAM mode is given. Then, for each modulation method, a combination of phase offset amounts of each OAM mode with the lowest PAPR of each antenna element is selected and set in the lookup table.
  • the phase offset determining unit 133 selects the antenna element 191 with the largest estimated value of the amount of nonlinear distortion. Further, the phase offset determining unit 133 refers to the PAPR information holding unit 132 and obtains the relationship between the phase offset amount of each OAM mode and the PAPR of each antenna element 191 for the current modulation method. The phase offset determination unit 133 determines the phase offset of each OAM mode so that the selected antenna element 191 is assigned a signal with a PAPR lower than a predetermined value. The PAPR lower than the predetermined value is, for example, the lowest PAPR.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the functional configuration of the estimation device 220.
  • the estimation device 220 includes a transmission antenna output acquisition section 221 , a constellation extraction section 222 , an EVM (Error Vector Magnitude) calculation section 223 , and an EVM comparison section 224 .
  • EVM Error Vector Magnitude
  • the transmission antenna output acquisition unit 221 extracts a frame corresponding to a preamble from the signal input to each antenna element 191.
  • high-order multilevel modulation such as 16QAM is used for the preamble.
  • the constellation extraction unit 222 classifies signal points based on the voltage of the preamble included in the frame extracted by the transmission antenna output acquisition unit 221.
  • the EVM calculation unit 223 calculates the EVM of the signal point for each antenna element 191.
  • the EVM comparison unit 224 compares the EVM of each signal point and uses the difference as a nonlinear distortion amount.
  • the EVM comparison unit 224 compares the amount of nonlinear distortion of each antenna element, and notifies the phase offset calculation device 130 of the antenna element 191 with the largest amount of nonlinear distortion as the antenna element 191 with the lowest P1 dB.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the functional configuration of the receiving device 300.
  • the receiving device 300 includes a UCA 310, an RF chain 320, an estimation device 330, an estimation result notification device 340, an OAM mode separation device 350, a received signal processing device 360, a demodulator 370, and a phase offset acquisition device 380. has.
  • the UCA 310 receives radio waves transmitted from the transmitting device 100 and inputs the received radio wave signals to the RF chain 320.
  • the RF chain 320 performs frequency conversion and amplification of the signal input from the UCA 310, and inputs the signal to the OAM mode separation device 350 via the estimation device 330.
  • the estimation device 330 separates the orthogonal preamble inserted for each antenna element 191 and estimates the amount of nonlinear distortion of the signal transmitted by each antenna element 191. For example, the estimation device 330 performs estimation using a QAM-modulated orthogonal preamble. Estimation device 330 inputs the signal input from RF chain 320 as is to OAM mode separation device 350 .
  • the estimation result notification device 340 outputs information on the amount of nonlinear distortion of the signal transmitted by each antenna element 191 estimated by the estimation device 330 to the transmitting device 100 via radio or a backbone line.
  • the information on the amount of nonlinear distortion may represent the antenna element 191 with the smallest amount of nonlinear distortion.
  • the OAM mode separation device 350 is an analog circuit or a digital signal processing device that provides an IDFT transformation matrix. OAM mode separation device 350 separates the signal input from estimation device 330 into signals transmitted in each OAM mode, and inputs the separated signals to received signal processing device 360.
  • the received signal processing device 360 receives the signals transmitted in each OAM mode from the OAM mode separation device 350. Further, the received signal processing device 360 receives information on the phase offset amount of each OAM mode from the phase offset acquisition device 380. The received signal processing device 360 removes the phase offset amount of the OAM mode from the signal transmitted in each OAM mode. The received signal processing device 360 outputs each OAM mode signal from which the phase offset has been removed to the demodulator 370. Demodulator 370 demodulates the signal input from received signal processing device 360.
  • the phase offset acquisition device 380 receives the phase offset information notified from the phase offset notification device 140 of the transmitting device 100.
  • the phase offset information indicates the phase offset amount of each OAM mode.
  • the phase offset acquisition device 380 notifies the received signal processing device 360 of information on the phase offset amount of each OAM mode indicated by the phase offset information.
  • FIG. 9 shows a configuration example of the estimation device 330.
  • the estimation device 330 includes a preamble acquisition section 331, a constellation extraction section 332, an EVM calculation section 333, and an EVM comparison section 334.
  • the preamble acquisition unit 331 inputs the OAM multiplexed signal received by each antenna element of the UCA 310 and frequency-converted and amplified by the RF chain 320.
  • the preamble acquisition unit 331 extracts a portion corresponding to a preamble from the OAM multiplexed signal received by each antenna element of the UCA 310.
  • the constellation extraction unit 332 identifies the antenna element 191 of the UCA 190 used for transmission based on the preamble included in the portion acquired by the preamble acquisition unit 331. Furthermore, the constellation extraction unit 332 classifies signal points based on the voltage of the preamble.
  • the EVM calculation unit 333 calculates the EVM of the signal point for each antenna element 191.
  • the EVM comparison unit 334 compares the EVM of each signal point for each antenna element 191, and uses the difference as a nonlinear distortion amount.
  • the EVM comparison unit 334 compares the amount of nonlinear distortion of each antenna element 191 and sends the antenna element 191 with the largest amount of nonlinear distortion to the transmitter 100 via the estimation result notification device 340 as the antenna element 191 with the lowest P1 dB. Notice.
  • the wireless communication system 1 includes processing that uses feedback of the amount of nonlinear distortion from the receiving device 300 that the transmitting device 100 opposes, and processing that does not use it. First, processing using feedback from receiving device 300 will be described.
  • FIG. 10 is a sequence diagram showing the processing of the transmitting device 100 of the wireless transmission device 11 and the receiving device 300 of the wireless transmission device 12 in the wireless communication system 1.
  • the transmission control device 110 of the transmitting device 100 determines the values of parameters such as the number of mode multiplexing, the transmission OAM mode, the number of modulation levels, and the symbol rate.
  • the signal processing device 120 generates signals to be transmitted in each transmission OAM mode according to the determined values of these parameters.
  • the phase offset determination unit 133 of the phase offset calculation device 130 determines the phase offset amount of each transmission OAM mode to be 0, that is, no phase offset, as an initial value (step S11).
  • the phase offset applying device 150 outputs the signal input from the signal processing device 120 as it is to the OAM mode generating device 160.
  • the OAM mode generation device 160 converts the signals transmitted in each transmission OAM mode into OAM mode signals output from the M antenna elements 191, respectively.
  • OAM mode generation device 160 multiplexes the signals of each OAM mode for each antenna element 191, and generates signals #1 to #M to be transmitted from antenna elements 191-1 to 191-M, respectively.
  • Preamble adding device 170 adds preambles to signals #1 to #M.
  • the OAM mode generation device 160 may insert the preamble after performing OAM multiplexing by digital processing, or may insert a preamble multiplied by the inverse matrix of the matrix used for OAM multiplexing before OAM multiplexing. .
  • a high-order modulation method of 16QAM or higher is used for a.
  • RF chains #1 to #M of the RF chain 180 respectively frequency-convert and amplify signals #1 to #M to which preambles have been added.
  • UCA 190 transmits signals #1 to #M from antenna elements 191-1 to 191-M, respectively (step S12).
  • the UCA 310 of the receiving device 300 receives the OAM multiplex signal transmitted by the transmitting device 100.
  • the RF chain 320 down-converts and amplifies signals #1 to #M received by each of the M antenna elements of the UCA 310.
  • Estimating device 330 estimates the amount of nonlinear distortion of each antenna element 191 using the preambles set for signals #1 to #M (step S13).
  • the estimation result notifying device 340 notifies the transmitting device 100 of nonlinear distortion information indicating the estimation result in step S13 (step S14).
  • the estimated information acquisition device 210 of the transmitting device 100 acquires the nonlinear distortion information notified from the receiving device 300.
  • the estimated information acquisition device 210 of the transmitting device 100 inputs the nonlinear distortion information to the phase offset calculation device 130.
  • the phase offset determining unit 133 determines the modulation method based on the values of parameters such as the number of mode multiplexing, the transmission OAM mode, the number of modulation levels, and the symbol rate acquired by the communication parameter acquisition unit 131.
  • Phase offset determining section 133 identifies a lookup table stored in PAPR information holding section 132 corresponding to the modulation method.
  • Phase offset determining section 133 acquires information about antenna element 191 with the smallest nonlinear distortion based on the nonlinear distortion information.
  • the phase offset determination unit 133 reads the phase offset amount of each OAM mode set corresponding to the antenna element 191 with the smallest nonlinear distortion from the identified lookup table (step S15).
  • the phase offset determining unit 133 outputs the read information on the phase offset amount of each OAM mode to the phase offset applying device 150.
  • the phase offset imparting device 150 imparts to the signal input from the signal processing device 120 an amount of phase offset in the OAM mode used for transmitting the signal.
  • the OAM mode generation device 160 converts each signal to which a phase offset amount is added according to the OAM mode used for transmission into an OAM mode signal output from each of the M antenna elements 191.
  • OAM mode generation device 160 multiplexes the signals of each OAM mode for each antenna element 191, and generates signals #1 to #M to be transmitted from antenna elements 191-1 to 191-M, respectively.
  • the preamble adding device 170, RF chain 180, and UAC 190 of the transmitting device 100 perform the same process as step S12, and transmit the OAM multiplexed signal (step S16).
  • UCA 310 of receiving device 300 receives the OAM multiplex signal transmitted from transmitting device 100.
  • phase offset notification device 140 of the transmitting device 100 notifies the receiving device 300 of phase offset information indicating the amount of phase offset added to the signal of each OAM mode (step S17).
  • Phase offset acquisition device 380 of receiving device 300 outputs the phase offset information received from transmitting device 100 to received signal processing device 360.
  • the received signal processing device 360 of the receiving device 300 receives the signals transmitted in each OAM mode from the OAM mode separation device 350. Further, the received signal processing device 360 acquires the phase offset amount of each OMA mode from the phase offset information. The received signal processing device 360 removes the phase offset amount of the OAM mode used for transmitting the signal from each input signal (step S18). The demodulator 370 demodulates the signal from which the phase offset has been removed (step S19). In parallel with step S19, the receiving device 300 may repeat the processing from step S13.
  • the wireless communication system 1 may perform the processing of steps S12 to S18 only once at the time of initial connection, or may repeat the processing multiple times at appropriate timing in order to respond to changes in the propagation situation.
  • FIG. 11 shows an example of a constellation of a 16QAM signal subjected to nonlinear distortion.
  • the nonlinear distortion received by the RF chain 180 has a large effect on the high voltage outer signal points P1 to P4. Therefore, the estimation device 330 compares the average EVM of the outer signal points P1 to P4 and the average EVM of the inner signal points Q1 to Q4, and uses the difference as the amount of nonlinear distortion.
  • a large amount of nonlinear distortion indicates that P1 dB is low. That is, the amount of nonlinear distortion represents the relative magnitude of P1 dB.
  • the average EVM is the mean squared error normalized by the average power of the signal.
  • Signal points P1 to P4 are collectively referred to as signal point P
  • signal points Q1 to Q4 are collectively referred to as signal point Q.
  • FIG. 12 is a flow diagram showing an algorithm for estimating the amount of nonlinear distortion in the estimation device 330.
  • the preamble acquisition unit 331 of the nonlinear distortion estimation device 330 inputs the OAM multiplexed signal received by each antenna element of the UCA 310 from the RF chain 320, and extracts a frame corresponding to preamble b.
  • the constellation extraction unit 332 identifies the antenna element 191 that transmitted the signal from which the preamble was obtained, based on the preamble b of the extracted frame.
  • the constellation extraction unit 332 normalizes the constellation of preamble b for each antenna element 191, and classifies it into an outer signal point P and an inner signal point Q based on the voltage of the normalized signal point of preamble b. (Step S31).
  • the constellation extraction unit 332 sets the signal point n of
  • the signal point P is classified into signal points P1, P2, P3, and P4 depending on the combination of the positive/negative of x[n] and the positive/negative of y[n].
  • the constellation extracting unit 332 sets the signal point n where
  • the signal point Q is also classified into signal points Q1, Q2, Q3, and Q4 depending on the combination of the positive/negative of x[n] and the positive/negative of y[n].
  • the EVM calculation unit 333 of the estimation device 330 calculates the average EVM of the outer signal point P and the average EVM of the inner signal point Q for each antenna element 191 (step S32). For example, the EVM calculation unit 333 uses the original signal point shared between the transmitting device 100 and the receiving device 300 in advance using the preamble of the OAM multiplexed signal as a reference, and calculates the average error from the standard of each signal point as the average EVM. do. The criteria differ for each classification of signal points P1, P2, P3, P4, Q1, Q2, Q3, and Q4.
  • the EVM comparison unit 334 compares the average EVM of the outer signal point P and the average EVM of the inner signal point Q, and uses the difference therebetween as the amount of nonlinear distortion (step S33).
  • the EVM comparison unit 334 outputs nonlinear distortion information indicating the amount of nonlinear distortion for each antenna element 191 or nonlinear distortion information indicating the antenna element 191 with the largest amount of nonlinear distortion to the estimation result notification device 340.
  • the estimation result notification device 340 notifies the transmission device 100 of the nonlinear distortion information input from the EVM comparison unit 334 via wireless or a backbone line (step S14 in FIG. 10).
  • FIG. 13 is a flow diagram showing the processing of the transmitting device 100 of the wireless transmission device 11.
  • transmitting device 100 branches signals #1 to #M that are output from RF chains #1 to #M to UCA 190, and outputs them to estimation device 220.
  • the estimation device 220 estimates the magnitude of P1 dB based on the branched signals #1 to #M.
  • the phase offset calculation device 130 refers to a look-up table (LUT) in the PAPR information holding unit 132 and determines the amount of phase offset.
  • LUT look-up table
  • the transmission control device 110 of the transmitting device 100 determines the values of parameters such as the number of mode multiplexing, the transmission OAM mode, the number of modulation levels, and the symbol rate (step S51).
  • the signal processing device 120 generates signals to be transmitted in each transmission OAM mode according to the determined values of these parameters (step S52).
  • the phase offset determination unit 133 of the phase offset calculation device 130 determines the phase offset amount for each transmission OAM mode (step S53). If the phase offset calculation device 130 has not received phase offset information, it may initially determine the phase offset amount of each transmission OAM mode to be 0, that is, no phase offset.
  • the phase offset applying device 150 applies a phase offset amount according to the OAM mode used for transmitting the signal to the signal input from the signal processing device 120, and outputs the signal to the OAM mode generating device 160 (step S54).
  • the OAM mode generating device 160 converts each signal input from the phase offset applying device 150 into an OAM mode signal output from each of the M antenna elements 191.
  • the OAM mode generation device 160 multiplexes the signals of each OAM mode for each antenna element 191 to generate signals #1 to #M (step S55).
  • the preamble adding device 170 adds a preamble to signals #1 to #M (step S56), similar to the process in step S12 in FIG.
  • the RF chain 180 frequency-converts and amplifies the preamble-added signals #1 to #M (step S57).
  • UCA 190 transmits signals #1 to #M from antenna elements 191-1 to 191-M, respectively (step S58).
  • the estimation device 220 performs a process similar to that of the estimation device 330 shown in FIG. 12 (step S59). However, in step S31, the transmitting antenna output acquisition unit 221 acquires a frame corresponding to the preamble from the signals #1 to #M input by the preamble adding units 171-1 to 171-M to the antenna elements 191-1 to 191-M. Extract.
  • the constellation extraction unit 222 classifies signal points for each antenna element 191 based on the voltage of the preamble included in the frame extracted by the transmission antenna output acquisition unit 221 through the same process as the constellation extraction unit 332.
  • the EVM calculation unit 223 performs the same process as the EVM calculation unit 333 in step S32, and calculates the average EVM of the signal points P and Q for each antenna element 191.
  • the EVM comparison unit 224 performs the same process as the EVM comparison unit 334 in step S33, and calculates the amount of nonlinear distortion for each antenna element 191.
  • the EVM comparison unit 224 compares the amount of nonlinear distortion of each antenna element 191, and notifies the phase offset calculation device 130 of the antenna element 191 with the largest amount of nonlinear distortion as the antenna element 191 with the lowest P1 dB.
  • the transmitting device 100 repeats the processing from step S52.
  • step S53 the phase offset determination unit 133 of the phase offset calculation device 130 determines the phase offset by the same process as step S15 in FIG. 10.
  • FIG. 14 is a device configuration diagram showing an example of the hardware configuration of the transmitting device 100 and the receiving device 300.
  • the transmitting device 100 and the receiving device 300 include a processor 71, a storage unit 72, a communication interface 73, and a user interface 74.
  • the processor 71 is a central processing unit that performs calculations and control.
  • Processor 71 is, for example, a CPU.
  • the processor 71 reads a program from the storage unit 72 and executes it. Some of the functions of the transmitting device 100 and the receiving device 300 may be realized using hardware such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), a PLD (Programmable Logic Device), or an FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • the storage unit 72 further includes a work area when the processor 71 executes various programs.
  • the communication interface 73 is communicably connected to other devices.
  • the user interface 74 is an input device such as a keyboard, a pointing device (mouse, tablet, etc.), a button, a touch panel, or a display device such as a display. A human operation is input through the user interface 74 .
  • the wireless communication system includes a transmitting device and a receiving device.
  • the transmitting device includes an antenna, a phase offset applying section, an OAM mode generating section, a radio processing section, and a phase offset amount calculating section.
  • the antenna corresponds to the UCA 190 of the embodiment
  • the phase offset applying unit corresponds to the phase offset applying device 150 of the embodiment
  • the OAM mode generating unit corresponds to the OAM mode generating device 160 of the embodiment
  • the section corresponds to the RF chain 180 of the embodiment
  • the phase offset amount calculation section corresponds to the phase offset calculation device 130 of the embodiment.
  • the antenna transmits an OAM multiplex signal using a plurality of antenna elements arranged in a circle.
  • the phase offset applying unit applies a phase offset amount to a signal transmitted in each OAM mode.
  • the OAM mode generation unit generates a signal of each OAM mode to be transmitted by each antenna element from the signal to which a phase offset amount is given, and generates a multiplexed signal by multiplexing the generated signals of each OAM mode for each antenna element. do.
  • the wireless processing unit converts the multiplexed signals for each antenna element into wireless multiplexed signals, and transmits the wireless multiplexed signals from the corresponding antenna elements.
  • the phase offset amount calculating section calculates the phase offset amount to be added to the signal transmitted by the phase offset adding section in each OAM mode according to the characteristics of the wireless processing section.
  • the receiving device includes a receiving section, an OAM mode separating section, and a received signal processing section.
  • the receiving section corresponds to the UCA 310 and RF chain 320 of the embodiment
  • the OAM mode separation section corresponds to the OAM mode separation device 350 of the embodiment
  • the received signal processing section corresponds to the received signal processing device 360 of the embodiment.
  • the receiving unit receives wireless multiplexed signals transmitted from each of a plurality of antenna elements included in the antenna of the transmitting device, and converts the frequency of the received multiplexed signal.
  • the OAM mode separation section separates the multiplexed signal frequency-converted by the reception section into signals of each OAM mode.
  • the received signal processing section removes the phase offset amount imparted by the phase offset imparting section of the transmitting device from the OAM mode signal separated by the OAM mode separation section.
  • the wireless communication system further includes an estimator.
  • the estimation unit corresponds to, for example, the estimation device 220 and the estimation device 330 of the embodiment.
  • the estimation section estimates the characteristics of the radio processing section based on the radio multiplex signal converted by the radio processing section, or estimates the characteristics of the radio processing section based on the multiplex signal frequency-converted in the reception section.
  • the transmitting device may further include a preamble adding section that adds a preamble to the multiplexed signal for each antenna element.
  • the estimation section estimates the characteristics of the radio processing section based on the preamble added to the multiplexed signal.
  • the estimation unit may estimate the nonlinear distortion for each antenna element based on the difference between the mean square error of a signal point with a high voltage and the mean square error of a signal point with a low voltage in the constellation of multiplexed signals.
  • the wireless processing unit may include wireless elements corresponding to each of the plurality of antenna elements.
  • the wireless elements correspond to, for example, RF chains #1 to #8 in the embodiment.
  • a wireless element performs processing for converting a multiplexed signal transmitted from a corresponding antenna element into a wireless signal.
  • the estimation unit estimates the characteristics of the wireless element corresponding to each antenna element as the characteristics of the wireless processing unit.
  • the phase offset amount calculation section includes an information holding section and a phase offset determination section.
  • the information holding unit holds a lookup table indicating the amount of phase offset to be applied to the signal of each OAM mode.
  • the phase offset determination unit selects one of the antenna elements based on the characteristics of the wireless element corresponding to each antenna element, and determines the phase offset to be applied to the signal of each OAM mode from the lookup table corresponding to the selected antenna element. Read out the amount.
  • the characteristic of the wireless element is, for example, the output power when compressing the gain by 1 dB.
  • Wireless communication system 11 Wireless transmission device 12 Wireless transmission device 71 Processor 72 Storage unit 73 Communication interface 74 User interface 100 Transmission device 110 Transmission control device 111 Communication performance acquisition unit 112 Transmission OAM mode determination unit 113 Multiplex number determination unit 114 Transmission signal parameters Determination unit 120 Signal processing device 130 Phase offset calculation device 131 Communication parameter acquisition unit 132 PAPR information holding unit 133 Phase offset determination unit 140 Phase offset notification device 150 Phase offset provision device 160 OAM mode generation device 170 Preamble provision device 180 RF chain 190 UCA 191-1 to 191-M Antenna element 210 Estimation information acquisition device 220 Estimation device 221 Transmission antenna output acquisition section 222 Constellation extraction section 223 EVM calculation section 224 EVM comparison section 300 Receiving device 310 UCA 320 RF chain 330 Estimation device 331 Preamble acquisition section 332 Constellation extraction section 333 EVM calculation section 334 EVM comparison section 340 Estimation result notification device 350 OAM mode separation device 360 Received signal processing device 370 Demodulator 380 Phase offset acquisition device

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Abstract

送信装置は、アンテナと、位相オフセット付与部と、ＯＡＭモード生成部と、無線処理部と、推定部と、位相オフセット量計算部とを備える。アンテナは、円形に配置された複数のアンテナ素子によりＯＡＭ多重信号を送信する。位相オフセット付与部は、各ＯＡＭモードにより送信する信号に位相オフセット量を付与する。ＯＡＭモード生成部は、位相オフセット量が付与された信号から各アンテナ素子により送信する各ＯＡＭモードの信号を生成し、アンテナ素子毎に多重する。無線処理部は、アンテナ素子毎の多重信号を無線信号に変換し、対応するアンテナ素子から送信する。推定部は、無線の多重信号に基づいて無線処理部の特性を推定する。位相オフセット量計算部は、無線処理部の特性に応じて位相オフセット量を計算する。

Description

無線通信方法、無線通信システム、送信装置及び受信装置
　本発明は、無線通信方法、無線通信システム、送信装置及び受信装置に関する。
　近年、通信容量の向上のため軌道角運動量（Orbital Angular Momentum：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１参照）。ＯＡＭを持つ電磁波は、伝搬軸を中心に伝搬方向に沿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、かつ、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。そのため、異なる信号系列で変調された各ＯＡＭモードの信号を受信装置において分離することにより、信号を空間多重することが可能である。
　このＯＡＭ多重伝送は、複数のアンテナ素子を等間隔に円状に配置した円形アレーアンテナ（Uniform circular array：ＵＣＡ）を用いて複数のＯＡＭモードを生成及び多重して送信することにより実現できる（例えば、非特許文献２参照）。複数のＯＡＭモードの信号生成及び分離には、例えば離散フーリエ変換（Discrete Fourier transform：ＤＦＴ）行列及び逆離散フーリエ変換（Inverse DFT：ＩＤＦＴ）行列が使用される。
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 millimetre-wave communications with orbital angular momentum multiplexing," Nature Communications, vol.5, DOI: 10.1038/ncomms5876, Sept. 2014.
　送信アンプやミキサ等のＲＦ（Radio Frequency：無線周波数）素子は一般的に、製造誤差により入力制限（Ｐ１ｄＢ：１ｄＢ利得圧縮時出力電力）および利得等の特性にばらつきが生じる。特に、ＯＡＭ多重伝送などのＭＩＭＯ多重伝送では、複数のＲＦ系統を有するシステムにおいてアンテナ毎に異なる特性のＲＦ素子を用いる場合がある。この場合、一般的には、最も低いＰ１ｄＢの素子に合わせて送信電力が制限されるが、これは、送信電力の低下につながる。
　上記事情に鑑み、本発明は、ＯＡＭ多重伝送における送信電力を向上することができる無線通信方法、無線通信システム、送信装置及び受信装置を提供することを目的としている。
　本発明の一態様の無線通信方法は、円形に配置された複数のアンテナ素子によりＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）多重信号を送信するアンテナを有する送信装置が、各ＯＡＭモードにより送信する信号に位相オフセット量を付与する位相オフセット付与ステップと、前記送信装置が、前記位相オフセット量が付与された前記信号から前記アンテナ素子のそれぞれにより送信する各ＯＡＭモードの信号を生成し、生成された各ＯＡＭモードの前記信号を前記アンテナ素子毎に多重した多重信号を生成するＯＡＭモード生成ステップと、前記送信装置が、前記アンテナ素子毎の前記多重信号をそれぞれ無線処理部により無線の多重信号に変換し、無線の前記多重信号を対応する前記アンテナ素子から送信する無線送信ステップと、受信装置が、前記無線送信ステップにおいて複数の前記アンテナ素子それぞれから送信された無線の前記多重信号を受信し、受信した前記多重信号の周波数を変換する受信ステップと、前記受信ステップにおいて周波数変換された前記多重信号を各ＯＡＭモードの信号に分離する分離ステップと、前記受信装置が、前記分離ステップにおいて分離された前記ＯＡＭモードの前記信号から前記位相オフセット付与ステップにおいて付与された前記位相オフセット量を除去する受信信号処理ステップと、前記送信装置が、前記無線送信ステップにおいて変換された無線の前記多重信号に基づいて前記無線処理部の特性を推定する、又は、前記受信装置が、前記受信ステップにおいて周波数が変換された前記多重信号に基づいて前記無線処理部の特性を推定する推定ステップと、前記送信装置が、前記推定ステップにおいて推定された前記無線処理部の特性に応じて前記位相オフセット付与ステップにおいて各ＯＡＭモードにより送信する信号に付与する位相オフセット量を計算する計算ステップと、を有する。
　本発明の一態様の無線通信システムは、送信装置と受信装置とを有し、前記送信装置は、円形に配置された複数のアンテナ素子によりＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）多重信号を送信するアンテナと、各ＯＡＭモードにより送信する信号に位相オフセット量を付与する位相オフセット付与部と、前記位相オフセット量が付与された前記信号から前記アンテナ素子のそれぞれにより送信する各ＯＡＭモードの信号を生成し、生成された各ＯＡＭモードの前記信号を前記アンテナ素子毎に多重した多重信号を生成するＯＡＭモード生成部と、前記アンテナ素子毎の前記多重信号をそれぞれ無線の多重信号に変換し、無線の前記多重信号を対応する前記アンテナ素子から送信する無線処理部と、前記無線処理部の特性に応じて前記位相オフセット付与部が各ＯＡＭモードにより送信する信号に付与する位相オフセット量を計算する位相オフセット量計算部とを備え、前記受信装置は、複数の前記アンテナ素子それぞれから送信された無線の前記多重信号を受信し、受信した前記多重信号の周波数を変換する受信部と、前記受信部が周波数変換した前記多重信号を各ＯＡＭモードの信号に分離するＯＡＭモード分離部と、前記ＯＡＭモード分離部が分離した前記ＯＡＭモードの前記信号から前記位相オフセット付与部が付与した前記位相オフセット量を除去する受信信号処理部とを備え、前記無線通信システムは、前記無線処理部により変換された無線の前記多重信号に基づいて前記無線処理部の特性を推定する、又は、前記受信部において周波数変換された前記多重信号に基づいて前記無線処理部の特性を推定する推定部を備える。
　本発明の一態様の送信装置は、円形に配置された複数のアンテナ素子によりＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）多重信号を送信するアンテナと、各ＯＡＭモードにより送信する信号に位相オフセット量を付与する位相オフセット付与部と、前記位相オフセット量が付与された前記信号から前記アンテナ素子のそれぞれにより送信する各ＯＡＭモードの信号を生成し、生成された各ＯＡＭモードの前記信号を前記アンテナ素子毎に多重した多重信号を生成するＯＡＭモード生成部と、前記アンテナ素子毎の前記多重信号をそれぞれ無線の多重信号に変換し、無線の前記多重信号を対応する前記アンテナ素子から送信する無線処理部と、前記無線処理部により変換された無線の前記多重信号に基づいて前記無線処理部の特性を推定する推定部と、前記推定部により推定された前記無線処理部の特性に応じて前記位相オフセット付与部が各ＯＡＭモードにより送信する信号に付与する位相オフセット量を計算する位相オフセット量計算部と、を備える。
　本発明の一態様の受信装置は、ＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）多重信号を送信する送信装置のアンテナが有する円形に配置された複数のアンテナ素子それぞれから送信され、かつ、各ＯＡＭモードの信号が多重された多重信号を受信し、前記多重信号の周波数を変換する受信部と、前記受信部が周波数変換した前記多重信号を各ＯＡＭモードの信号に分離するＯＡＭモード分離部と、前記ＯＡＭモード分離部が分離した前記ＯＡＭモードの前記信号から前記送信装置が付与した位相オフセット量を除去する受信信号処理部と、前記受信部により周波数変換された前記多重信号に基づいて、前記送信装置において多重信号を無線周波数の前記多重信号に変換した周波数変換部の特性を推定する推定部と、前記推定部により推定された前記特性を前記送信装置に通知する通知部と、を備える。
　本発明により、ＯＡＭ多重伝送において、送信電力を向上させることが可能となる。
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。 本発明の実施形態における無線通信システムの構成図である。 同実施形態における送信装置の構成例を示す図である。 同実施形態における送信装置のＯＡＭモード生成装置からＵＣＡまでの接続構成例を示す図である。 同実施形態における送信制御装置の機能構成例を示す図である。 同実施形態における位相オフセット計算装置の機能構成例を示す図である。 同実施形態における推定装置の機能構成例を示す図である。 同実施形態における受信装置の構成例を示す図である。 同実施形態における推定装置の機能構成例を示す図である。 同実施形態における無線通信システムの処理を示すシーケンス図である。 同実施形態における非線形歪みを受けた受信コンスタレーションの例を示す図である。 同実施形態における非線形歪みを推定するアルゴリズムを示すフロー図である。 同実施形態における送信装置の処理を示すフロー図である。 送信装置及び受信装置のハードウェア構成を示す図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。以下で説明する実施形態は一例にすぎず、本発明が適用される実施形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。本実施形態は、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。
　本実施形態は、ＯＡＭ多重伝送において各アンテナ素子からの送信信号のＰＡＰＲ（Peak-to-average power ratio：ピーク電力対平均電力比）の差分を活用して、送信電力を向上させる。そのため、本実施形態の送信装置は、低いＰＡＰＲの信号を低いＰ１ｄＢのアンテナ素子に割り当てる。これにより、入力マージンを減らし、送信電力を向上する。
　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である。図１（ａ）～図１（ｅ）はそれぞれ、送信装置がＯＡＭモード０～４の信号を生成するために各ＵＣＡから送信する信号の位相設定を示している。ＯＡＭモードを単に、モードとも記載する。点線の円周上に配置された丸は、ＵＣＡの各アンテナ素子を示す。同図では、アンテナ素子数Ｍが８の場合の例を示している。
　送信装置は、ＵＣＡの各アンテナ素子に供給される信号にＤＦＴ変換行列による位相差を与えることにより、ＯＡＭモードの信号を生成する。アンテナ素子を表す丸それぞれの近傍に、そのアンテナ素子から送信する信号に与えられる位相差が示されている。具体的には、ＯＡＭモードｎの信号は、位相がｎ回転になるように各アンテナ素子に供給される位相差を設定する。円上の最も上のアンテナ素子を１番目とする。例えば、図１（ｃ）に示すように、ＯＡＭモード２の信号を８素子のＵＣＡを用いて送信する場合、１番目から８番目の各アンテナ素子に与える位相差は時計回りに０度、９０度、１８０度、２７０度、０度、９０度、１８０度、２７０度である。また、ＯＡＭモード２と逆回りに各アンテナ素子に位相差を与えることで、ＯＡＭモード－２の信号が生成される。多重モード数は最大でアンテナ素子数と同じ数まで使用できるが、アンテナ素子数より少なくてもよい。
　受信装置が受信したＯＡＭ多重信号を分離するには、受信装置が有するＵＣＡの各アンテナ素子の位相を、送信装置の位相と逆回転方向となるように設定すればよい。
　図２は、本発明の実施形態における無線通信システム１の構成図である。図２に示すように、無線通信システム１は、無線伝送装置１１と、無線伝送装置１２とを有する。無線伝送装置１１と無線伝送装置１２とは、対向設置される。本実施形態では、無線伝送装置１１、１２が移動しない基地局であることを想定している。ただし、このような想定は一例である。すなわち、無線伝送装置１１、１２の一方又は両方が移動してもよい。
　無線伝送装置１１及び無線伝送装置１２はそれぞれ、送信装置１００及び受信装置３００を有する。送信装置１００及び受信装置３００は、無線通信を行う無線通信装置である。送信装置１００は、ＯＡＭ多重信号の送信機能を有する。送信装置１００は、ＯＡＭモード生成装置と、ＵＣＡとを備える。送信装置１００は、１以上の異なるＯＡＭモードの信号を多重したＯＡＭ多重信号をＵＣＡから送信する。受信装置３００は、ＯＡＭ多重信号の受信機能を有する。受信装置３００は、ＯＡＭモード分離装置と、ＵＣＡとを備える。受信装置３００は、対向する送信装置１００から送信された１以上のＯＡＭモードの信号が多重されたＯＡＭ多重信号をＵＣＡにより受信し、受信したＯＡＭ多重信号から各ＯＡＭモードの信号を分離する。
　続いて、送信装置１００及び受信装置３００の装置構成例を説明する。まず、送信装置１００について説明する。図３は、送信装置１００の構成例を示す図である。図３に示すように、送信装置１００は、送信制御装置１１０と、信号処理装置１２０と、位相オフセット計算装置１３０と、位相オフセット通知装置１４０と、位相オフセット付与装置１５０と、ＯＡＭモード生成装置１６０と、ＲＦ（Radio Frequency；無線周波数）チェーン１８０と、ＵＣＡ１９０と、推定情報取得装置２１０と、推定装置２２０とを有する。
　送信制御装置１１０は、送信するＯＡＭ多重信号のモード多重数、送信ＯＡＭモード、変調多値数、シンボルレート等のパラメータの値を指定する。モード多重数は、１以上である。これらのパラメータの値により、ＯＡＭ多重信号の変調方式が定まる。送信制御装置１１０は、信号処理装置１２０、位相オフセット計算装置１３０及びＯＡＭモード生成装置１６０に、指定したそれらパラメータの値を通知する。
　信号処理装置１２０は、入力されたデータと、送信制御装置１１０から通知されたパラメータの値とに基づき、搬送波に乗せて送信するデジタル信号を生成する。信号処理装置１２０は、生成したデジタル信号をアナログ信号に変換し、アナログ信号の周波数を搬送波の周波数帯に変換する。信号処理装置１２０は、周波数を変換した信号を位相オフセット付与装置１５０へと入力する。
　位相オフセット計算装置１３０は、送信制御装置１１０から通知された送信ＯＡＭモード及びモード多重数と、受信装置３００又は推定装置２２０において推定された各アンテナ素子の非線形歪み量の情報とに基づき、各ＯＡＭモードの位相オフセット量を計算する。ＯＡＭモードの位相オフセット量とは、そのＯＡＭモードにより送信される信号に与える位相オフセット量である。位相オフセット計算装置１３０は、ＰＡＰＲが低い信号を、非線形歪みが高いアンテナ素子に割り当てるように、各ＯＡＭモードの位相オフセットを計算する。位相オフセット計算装置１３０は、計算した各ＯＡＭモードの位相オフセット量の情報を位相オフセット通知装置１４０及び位相オフセット付与装置１５０へと入力する。
　位相オフセット通知装置１４０は、位相オフセット計算装置１３０から各ＯＡＭモードの位相オフセット量の情報を入力する。位相オフセット通知装置１４０は、入力された各ＯＡＭモードの位相オフセット量を示す位相オフセット情報を生成する。位相オフセット通知装置１４０は、生成した位相オフセット情報を受信装置３００に通知するために適切な形に変換した後、受信装置３００に例えばバックボーン回線を介して通知する。受信装置３００は、位相オフセット通知装置１４０から受信した位相オフセット情報を用いて受信信号の信号点を復元してもよく、受信装置３００が位相オフセット量を推定して補償してもよい。後者の場合、送信装置１００は、位相オフセット通知装置１４０を有してもよく、有さなくてもよい。
　位相オフセット付与装置１５０は、位相オフセット計算装置１３０から各ＯＡＭモードの位相オフセット量の情報を入力する。位相オフセット付与装置１５０は、信号処理装置１２０から入力された信号に、その信号の送信に用いられるＯＡＭモードの位相オフセット量を付与する。例えば、図１（ｂ）に示すように８素子のＵＣＡによりモード２の信号を送信する場合、９０度の位相オフセット量を与えることにより、１番目から８番目の各アンテナ素子に与える位相差は時計回りに９０度、１８０度、２７０度、０度、９０度、１８０度、２７０度、０度となる。位相オフセット付与装置１５０は、送信に使用されるＯＡＭモードの位相オフセット量が付与された信号を、ＯＡＭモード生成装置１６０へと入力する。
　ＯＡＭモード生成装置１６０は、ＤＦＴ変換行列を付与するアナログ回路もしくはデジタル信号処理装置である。ＯＡＭモード生成装置１６０は、位相オフセット付与装置１５０から入力された信号にＤＦＴ変換行列を付与することにより、送信制御装置１１０から指定された送信ＯＡＭモードの信号を生成する。ＯＡＭモード生成装置１６０は、生成された１以上のＯＡＭモードの信号を多重してプリアンブル付与装置１７０に入力する。
　プリアンブル付与装置１７０は、各アンテナ素子から送信するＯＡＭ多重信号に直交プリアンブルを付与してＲＦチェーン１８０に入力する。ＲＦチェーン１８０は、プリアンブル付与装置１７０から直交プリアンブルが付与されたＯＡＭ多重信号を入力する。ＲＦチェーン１８０は、ＯＡＭ多重信号を周波数変換し、増幅した後、ＵＣＡ１９０に入力する。ＵＣＡ１９０は、Ｍ個のアンテナ素子が円形に配置されたアンテナである。ＵＣＡ１９０は、ＯＡＭ多重信号を送受信する。以下では、ＵＣＡ１９０のアンテナ素子により送信される又は送信された信号を、アンテナ素子の信号と記載する。
　推定情報取得装置２１０は、ＵＣＡ１９０の各アンテナ素子の非線形歪み量の情報を受信装置３００から取得する。非線形歪み量は、Ｐ１ｄＢの大きさを表す。ＵＣＡ１９０のアンテナ素子の信号における非線形歪み量をアンテナ素子の非線形歪み量と記載する。推定情報取得装置２１０は、取得した各アンテナ素子の非線形歪み量の情報を位相オフセット計算装置１３０に通知する。通知する情報は、最も小さい非線形歪み量のアンテナ素子を表してもよい。
　推定装置２２０は、ＲＦチェーン１８０からの出力を入力し、入力した信号の直交プリアンブル成分に基づいて各アンテナ素子の非線形歪み量を推定する。推定装置２２０は、取得した各アンテナ素子の非線形歪み量の情報を位相オフセット計算装置１３０に通知する。通知される情報は、最も小さい非線形歪み量のアンテナ素子を表してもよい。
　図４は、送信装置１００におけるＯＡＭモード生成装置１６０からＵＣＡ１９０までの接続構成例を示す図である。ＵＣＡ１９０は、Ｍ個のアンテナ素子１９１が円形上に配置されたアンテナである。Ｍ個のアンテナ素子１９１をそれぞれ、アンテナ素子１９１－１～１９１－Ｍと記載する。
　ＯＡＭモード生成装置１６０は、出力ポート＃１～＃Ｍを有する。ＯＡＭモード生成装置１６０は、モード０～Ｎにより送信する各信号に、モードに応じたＤＦＴ変換行列を付与し、アンテナ素子１９１－１～１９１－Ｍそれぞれから送信する送信信号を生成する。ＤＦＴ変換行列は、送信ＯＡＭモードの信号を生成するためのＯＡＭモード生成行列である。ＯＡＭモード生成装置１６０は、アンテナ素子１９１－ｍ（ｍは１以上Ｍ以下の整数）毎に、アンテナ素子１９１－ｍから送信する各モードの信号を多重し、多重した信号＃ｍを出力ポート＃ｍから出力する。
　プリアンブル付与装置１７０は、プリアンブル付与部１７１－１～１７１－Ｍを有する。プリアンブル付与部１７１－ｍは、ＯＡＭモード生成装置１６０の出力ポート＃ｍから出力された信号＃ｍを入力する。プリアンブル付与部１７１－ｍは、信号＃ｍにプリアンブルを挿入する。プリアンブル付与部１７１－ｍは、プリアンブルを挿入した信号＃ｍを出力する。
　ＲＦチェーン１８０は、ＲＦチェーン＃１～＃Ｍを有する。ＲＦチェーン＃１～＃Ｍにはそれぞれ、送信アンプやミキサ等のＲＦ素子が使用される。ＲＦチェーン＃ｍは、プリアンブル付与装置１７０のプリアンブル付与部１７１－ｍから信号＃ｍを入力する。ＲＦチェーン＃ｍは、ＲＦ素子を用いて、信号＃ｍの周波数を無線周波数に変換し、増幅した後、ｍ番目のアンテナ素子１９１であるアンテナ素子１９１－ｍに出力する。ＵＣＡ１９０は、ＲＦチェーン１８０から入力された信号＃１～＃Ｍをそれぞれ、アンテナ素子１９１－１～１９１－Ｍから電波として送信する。
　一例として、ＯＡＭモード生成装置１６０にモード０およびモード１により送信する信号が入力された場合の処理を説明する。この例では、ＵＣＡ１９０のアンテナ素子１９１－１が基準（位相０度）である。ＯＡＭモード生成装置１６０は、ＲＦチェーン１８０の入力ポート＃ｍに対応する出力ポート＃ｍに、以下の位相を持った２つの信号を合波して出力する。
　アンテナ素子＃ｍ[（（ｍ－１）／Ｍ×３６０×０）度、（ｍ－１）／Ｍ×３６０×１度）]
　アンテナ素子＃ｍ［ｘ，ｙ］は、アンテナ素子１９１－ｍに対応した出力ポート＃ｍから多重して出力する信号のうち、モード０の信号にｘ度、モード１の信号にｙ度の位相を与えて出力することを意味する。
　図５は、送信制御装置１１０の機能構成例を示す図である。送信制御装置１１０は、通信性能取得部１１１と、送信ＯＡＭモード決定部１１２と、多重数決定部１１３と、送信信号パラメータ決定部１１４とを備える。
　通信性能取得部１１１は、通信特性情報を取得する装置である。通信特性情報は、送信装置１００と受信装置３００との間の通信の特性を示す。通信特性情報が示す特性は、例えば、送受信間距離、受信信号電力対干渉雑音電力比（Signal-to-interference and noise ratio：ＳＩＮＲ）、モード間干渉などである。送受信間距離は、送信装置１００と受信装置３００との間の距離である。
　送信ＯＡＭモード決定部１１２は、通信特性情報に基づいて送信に使用するＯＡＭモードを決定する。多重数決定部１１３は、例えば、通信特性情報に基づいてモード多重数及び変調多値数を決定する。送信信号パラメータ決定部１１４は、通信特性情報に基づいて、符号化率等の送信信号パラメータの値を決定する。送信ＯＡＭモード決定部１１２、多重数決定部１１３及び送信信号パラメータ決定部１１４は、通信特性情報として、例えば、送受信間距離及び受信ＳＩＮＲを用いる。決定されたＯＡＭモード、モード多重数、変調多値数、及び、符号化率等の送信信号パラメータの値の情報は、信号処理装置１２０、位相オフセット計算装置１３０及びＯＡＭモード生成装置１６０へと入力される。
　図５では一例として、通信性能取得部１１１、送信ＯＡＭモード決定部１１２、多重数決定部１１３の順に処理が行われるものとしたが、順番が変わってもよい。
　図６は、位相オフセット計算装置１３０の機能構成例を示す図である。位相オフセット計算装置１３０は、通信パラメータ取得部１３１と、ＰＡＰＲ情報保持部１３２と、位相オフセット決定部１３３とを有する。
　通信パラメータ取得部１３１は、送信制御装置１１０から通知された変調多値数、モード多重数及び送信ＯＡＭモード等のパラメータの情報を取得し、これらのパラメータの情報を位相オフセット決定部１３３に通知する。
　ＰＡＰＲ情報保持部１３２は、ＰＡＰＲ特性情報を記憶する。ＰＡＰＲ特性情報は、変調多値数、モード多重数、ＯＡＭモード等のパラメータの値に基づき計算される。ＰＡＰＲ特性情報は、多重される各ＯＡＭモードの信号に与える位相オフセット量とアンテナ素子１９１毎のＰＡＰＲ特性との対応を示す。ＰＡＰＲ特性は、予めシミュレーションや理論計算を用いて計算される。なお、ＰＡＰＲ情報保持部１３２は、ＰＡＰＲ特性を都度計算してもよい。本実施形態では、ＰＡＰＲ情報保持部１３２は、変調方式毎のルックアップテーブル（ＬＵＴ）をＰＡＰＲ情報として保持する。変調方式は、変調多値数、モード多重数、モード多重されるＯＡＭモードを表す。ルックアップテーブルは、アンテナ素子の識別と、そのアンテナ素子のＰＡＰＲが最も低い場合の各ＯＡＭモードの位相オフセット量との関係を表す。
　例えば、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation：直交位相振幅変調）では、位相オフセット量が９０度の場合、位相オフセット量の付与前と付与後でコンスタレーションの位置が同じとなる。そのため、９０度より小さい位相オフセット量を用いる。一方で、アンテナ素子数Ｍによって付与可能な位相オフセット量は異なる。すなわち、付与可能な位相オフセット量には、９０度以下の任意の値を用いる。よって、位相オフセット量の組み合わせは、ルックアップテーブルのメモリ量によって制限されるものの、一般的には任意の組み合わせ数で実装可能である。変調方式毎に、多重される各ＯＡＭモードに付与可能な位相オフセット量を与えた場合の全ての組み合わせについて各アンテナ素子のＰＡＰＲを算出する。そして、変調方式毎に、各アンテナ素子のＰＡＰＲが最も低い各ＯＡＭモードの位相オフセット量の組み合わせを選択し、ルックアップテーブルに設定する。
　位相オフセット決定部１３３は、推定情報取得装置２１０又は推定装置２２０から通知された各アンテナ素子１９１の非線形歪み量の情報に基づいて、最も非線形歪み量の推定値が大きいアンテナ素子１９１を選択する。また、位相オフセット決定部１３３は、ＰＡＰＲ情報保持部１３２を参照して、現在の変調方式についての各ＯＡＭモードの位相オフセット量とアンテナ素子１９１毎のＰＡＰＲとの関係を得る。位相オフセット決定部１３３は、選択したアンテナ素子１９１に、所定よりも低いＰＡＰＲの信号を割り当てるように、各ＯＡＭモードの位相オフセットを決定する。所定よりも低いＰＡＰＲは、例えば、最も低いＰＡＰＲである。
　図７は、推定装置２２０の機能構成例を示す図である。推定装置２２０は、送信アンテナ出力取得部２２１と、コンスタレーション抽出部２２２と、ＥＶＭ（Error Vector Magnitude：エラーベクトル振幅）算出部２２３と、ＥＶＭ比較部２２４とを備える。
　送信アンテナ出力取得部２２１は、各アンテナ素子１９１へ入力される信号から、プリアンブルに相当するフレームを抽出する。なおここで、プリアンブルは例えば１６ＱＡＭなどの高次の多値変調が用いられる。コンスタレーション抽出部２２２は、送信アンテナ出力取得部２２１が抽出したフレームに含まれるプリアンブルの電圧に基づき、信号点を分類する。ＥＶＭ算出部２２３は、アンテナ素子１９１別に、信号点のＥＶＭを算出する。ＥＶＭ比較部２２４は、各信号点のＥＶＭを比較し、その差分を非線形歪み量とする。ＥＶＭ比較部２２４は、各アンテナ素子の非線形歪み量を比較し、最も非線形歪み量が多いアンテナ素子１９１を、Ｐ１ｄＢが最も低いアンテナ素子１９１として、位相オフセット計算装置１３０に通知する。
　次に、受信装置３００について説明する。図８は、受信装置３００の機能構成例を示す図である。受信装置３００は、ＵＣＡ３１０と、ＲＦチェーン３２０と、推定装置３３０と、推定結果通知装置３４０と、ＯＡＭモード分離装置３５０と、受信信号処理装置３６０と、復調器３７０と、位相オフセット取得装置３８０とを有する。
　ＵＣＡ３１０は、送信装置１００から送信された電波を受信し、受信した電波の信号をＲＦチェーン３２０へと入力する。ＲＦチェーン３２０は、ＵＣＡ３１０から入力された信号の周波数変換および増幅などを行い、推定装置３３０を介してＯＡＭモード分離装置３５０へと入力する。
　推定装置３３０は、アンテナ素子１９１毎に挿入された直交プリアンブルを分離し、各アンテナ素子１９１が送信した信号の非線形歪み量を推定する。例えば推定装置３３０は、ＱＡＭ変調された直交プリアンブルを用いて推定する。推定装置３３０は、ＲＦチェーン３２０から入力された信号をそのままＯＡＭモード分離装置３５０へと入力する。
　推定結果通知装置３４０は、推定装置３３０により推定された各アンテナ素子１９１が送信した信号の非線形歪み量の情報を、無線もしくはバックボーン回線を通して送信装置１００へ出力する。非線形歪み量の情報は、最も小さい非線形歪み量のアンテナ素子１９１を表してもよい。
　ＯＡＭモード分離装置３５０は、ＩＤＦＴ変換行列を付与するアナログ回路もしくはデジタル信号処理装置である。ＯＡＭモード分離装置３５０は、推定装置３３０から入力された信号を、各ＯＡＭモードで送信された信号へと分離し、分離した信号を受信信号処理装置３６０へと入力する。
　受信信号処理装置３６０は、ＯＡＭモード分離装置３５０から各ＯＡＭモードで送信された信号を入力する。また、受信信号処理装置３６０は、各ＯＡＭモードの位相オフセット量の情報を、位相オフセット取得装置３８０から受信する。受信信号処理装置３６０は、各ＯＡＭモードで送信された信号から、そのＯＡＭモードの位相オフセット量の位相オフセットを除去する。受信信号処理装置３６０は、位相オフセットが除去された各ＯＡＭモードの信号を復調器３７０に出力する。復調器３７０は、受信信号処理装置３６０から入力された信号を復調する。
　位相オフセット取得装置３８０は、送信装置１００の位相オフセット通知装置１４０から通知された位相オフセット情報を受信する。位相オフセット情報は、各ＯＡＭモードの位相オフセット量を示す。位相オフセット取得装置３８０は、位相オフセット情報が示す各ＯＡＭモードの位相オフセット量の情報を受信信号処理装置３６０に通知する。
　図９は、推定装置３３０の構成例を示す。推定装置３３０は、プリアンブル取得部３３１と、コンスタレーション抽出部３３２と、ＥＶＭ算出部３３３と、ＥＶＭ比較部３３４とを備える。
　プリアンブル取得部３３１は、ＵＣＡ３１０の各アンテナ素子が受信し、ＲＦチェーン３２０が周波数変換および増幅したＯＡＭ多重信号を入力する。プリアンブル取得部３３１は、ＵＣＡ３１０の各アンテナ素子が受信したＯＡＭ多重信号からプリアンブルに相当する部分を抽出する。
　コンスタレーション抽出部３３２は、プリアンブル取得部３３１が取得した部分に含まれるプリアンブルに基づいて、送信に使用されたＵＣＡ１９０のアンテナ素子１９１を特定する。さらに、コンスタレーション抽出部３３２は、プリアンブルの電圧に基づき、信号点を分類する。
　ＥＶＭ算出部３３３は、アンテナ素子１９１毎に、信号点のＥＶＭを算出する。ＥＶＭ比較部３３４は、アンテナ素子１９１毎に、各信号点のＥＶＭを比較し、その差分を非線形歪み量とする。ＥＶＭ比較部３３４は、各アンテナ素子１９１の非線形歪み量を比較し、最も非線形歪み量が多いアンテナ素子１９１を、Ｐ１ｄＢが最も低いアンテナ素子１９１として、推定結果通知装置３４０を介して送信装置１００に通知する。
　続いて、無線通信システム１の処理を説明する。無線通信システム１には、送信装置１００が対抗する受信装置３００からの非線形歪み量のフィードバックを用いる処理と用いない処理とがある。まず、受信装置３００からのフィードバックを用いる処理について説明する。
　図１０は、無線通信システム１における無線伝送装置１１の送信装置１００と無線伝送装置１２の受信装置３００との処理を示すシーケンス図である。送信装置１００の送信制御装置１１０は、モード多重数、送信ＯＡＭモード、変調多値数、シンボルレート等のパラメータの値を決定する。信号処理装置１２０は、決定されたこれらパラメータの値に従って、各送信ＯＡＭモードで送信する信号を生成する。位相オフセット計算装置１３０の位相オフセット決定部１３３は、初期値として各送信ＯＡＭモードの位相オフセット量を０、すなわち、位相オフセットなしに決定する（ステップＳ１１）。位相オフセット付与装置１５０は、信号処理装置１２０から入力された信号をそのままＯＡＭモード生成装置１６０に出力する。
　ＯＡＭモード生成装置１６０は、各送信ＯＡＭモードで送信する信号をそれぞれＭ個のアンテナ素子１９１から出力するＯＡＭモードの信号に変換する。ＯＡＭモード生成装置１６０は、アンテナ素子１９１毎に各ＯＡＭモードの信号を多重して、アンテナ素子１９１－１～１９１－Ｍのそれぞれから送信する信号＃１～＃Ｍを生成する。プリアンブル付与装置１７０は、信号＃１～＃Ｍにプリアンブルを付与する。ここで、ＯＡＭモード生成装置１６０は、ＯＡＭ多重をデジタル処理で行った後にプリアンブルを挿入しても良いし、ＯＡＭ多重に用いる行列の逆行列を乗算したプリアンブルをＯＡＭ多重前に挿入しても良い。
　アンテナ数をＭとし、モード数をＬとし、Ｍ個の独立したプリアンブル系列をａ＝［ａ＿０，ａ＿１，…，ａ＿Ｍ－１］とし、ＤＦＴ変換行列をＤとする。各ＯＡＭモードの信号に挿入されるプリアンブルｂは、ｂ＝Ｄ－１ａ＝［ｂ＿０，ｂ＿１，…，ｂ＿Ｌ－１］と表される。ａには、１６ＱＡＭ以上の高次の変調方式を用いる。
　ＲＦチェーン１８０のＲＦチェーン＃１～＃Ｍはそれぞれ、プリアンブルが付与された信号＃１～＃Ｍを周波数変換し、増幅する。ＵＣＡ１９０は、アンテナ素子１９１－１～１９１－Ｍそれぞれから信号＃１～＃Ｍを送信する（ステップＳ１２）。
　受信装置３００のＵＣＡ３１０は、送信装置１００が送信したＯＡＭ多重信号を受信する。ＲＦチェーン３２０は、ＵＣＡ３１０のＭ個の各アンテナ素子により受信した信号＃１～＃Ｍのダウンコンバート及び増幅などを行う。推定装置３３０は、信号＃１～＃Ｍに設定されているプリアンブルを用いて、各アンテナ素子１９１の非線形歪み量を推定する（ステップＳ１３）。推定結果通知装置３４０は、ステップＳ１３における推定結果を示す非線形歪み情報を送信装置１００に通知する（ステップＳ１４）。送信装置１００の推定情報取得装置２１０は、受信装置３００から通知された非線形歪み情報を取得する。
　送信装置１００の推定情報取得装置２１０は、非線形歪み情報を位相オフセット計算装置１３０に入力する。位相オフセット決定部１３３は、通信パラメータ取得部１３１が取得したモード多重数、送信ＯＡＭモード、変調多値数、シンボルレート等のパラメータの値によって変調方式を判断する。位相オフセット決定部１３３は、変調方式に対応してＰＡＰＲ情報保持部１３２に記憶されているルックアップテーブルを特定する。位相オフセット決定部１３３は、非線形歪み情報に基づいて、最も非線形歪みが小さいアンテナ素子１９１の情報を取得する。位相オフセット決定部１３３は、特定したルックアップテーブルから、最も非線形歪みが小さいアンテナ素子１９１に対応して設定されている各ＯＡＭモードの位相オフセット量を読み出す（ステップＳ１５）。位相オフセット決定部１３３は、読み出した各ＯＡＭモードの位相オフセット量の情報を、位相オフセット付与装置１５０に出力する。
　位相オフセット付与装置１５０は、信号処理装置１２０から入力された信号に、その信号の送信に用いるＯＡＭモードの位相オフセット量を付与する。ＯＡＭモード生成装置１６０は、送信に使用するＯＡＭモードに応じた位相オフセット量が付与された各信号を、Ｍ個のアンテナ素子１９１それぞれから出力するＯＡＭモードの信号に変換する。ＯＡＭモード生成装置１６０は、アンテナ素子１９１毎に各ＯＡＭモードの信号を多重して、アンテナ素子１９１－１～１９１－Ｍのそれぞれから送信する信号＃１～＃Ｍを生成する。送信装置１００のプリアンブル付与装置１７０、ＲＦチェーン１８０及びＵＡＣ１９０は、ステップＳ１２と同様の処理を行って、ＯＡＭ多重信号を送信する（ステップＳ１６）。受信装置３００のＵＣＡ３１０は、送信装置１００から送信されたＯＡＭ多重信号を受信する。
　送信装置１００の位相オフセット通知装置１４０は、ステップＳ１６と並行して、各ＯＡＭモードの信号に付与した位相オフセット量を示す位相オフセット情報を受信装置３００に通知する（ステップＳ１７）。受信装置３００の位相オフセット取得装置３８０は、送信装置１００から受信した位相オフセット情報を受信信号処理装置３６０へと出力する。
　受信装置３００の受信信号処理装置３６０は、ＯＡＭモード分離装置３５０から各ＯＡＭモードで送信された信号を入力する。また、受信信号処理装置３６０は、各ＯＭＡモードの位相オフセット量を位相オフセット情報から取得する。受信信号処理装置３６０は、入力した各信号から、その信号の送信に用いられたＯＡＭモードの位相オフセット量のオフセットを除去する（ステップＳ１８）。復調器３７０は、位相オフセットが除去された信号を復調する（ステップＳ１９）。ステップＳ１９と並行して、受信装置３００は、ステップＳ１３からの処理を繰り返してもよい。
　無線通信システム１は、ステップＳ１２～ステップＳ１８の処理を、初期接続の際に一度だけ行ってもよいし、伝搬状況の変化に対応するため適切なタイミングで複数回繰り返し行ってもよい。
　続いて、図１０のステップＳ１３における推定装置３３０の詳細な処理を説明する。図１１は、非線形歪みを受けた１６ＱＡＭ信号のコンスタレーションの一例を示す。図１１に示すように、ＲＦチェーン１８０で受けた非線形歪みは電圧の高い外側の信号点Ｐ１～Ｐ４に与える影響が大きい。そこで、推定装置３３０は、外側の信号点Ｐ１～Ｐ４の平均ＥＶＭと内側の信号点Ｑ１～Ｑ４の平均ＥＶＭとを比較し、その差分を非線形歪み量とする。非線形歪み量が大きいことは、Ｐ１ｄＢが低いことを表す。すなわち、非線形歪み量は、Ｐ１ｄＢの相対的な大きさを表す。平均ＥＶＭは、平均２乗誤差を信号の平均電力で正規化したものである。信号点Ｐ１～Ｐ４を総称して信号点Ｐと記載し、信号点Ｑ１～Ｑ４を総称して信号点Ｑと記載する。
　図１２は、推定装置３３０において非線形歪み量を推定するアルゴリズムを示すフロー図である。非線形歪み推定装置３３０のプリアンブル取得部３３１は、ＲＦチェーン３２０から、ＵＣＡ３１０の各アンテナ素子により受信したＯＡＭ多重信号を入力し、プリアンブルｂに相当するフレームを抽出する。コンスタレーション抽出部３３２は、抽出したフレームのプリアンブルｂに基づいて、プリアンブルが得られた信号を送信したアンテナ素子１９１を特定する。コンスタレーション抽出部３３２は、アンテナ素子１９１毎に、プリアンブルｂのコンスタレーションを正規化し、正規化したプリアンブルｂの信号点の電圧に基づいて外側の信号点Ｐと内側の信号点Ｑとに分類する（ステップＳ３１）。
　ｎ個目（ｎは１以上の整数）の複素受信信号をｚ［ｎ］＝ｘ［ｎ］＋ｊｙ［ｎ］とする。ｊは複素数を表す。コンスタレーション抽出部３３２は、図１１に示すように、｜ｘ［ｎ］｜＞Ａかつ｜ｙ［ｎ］｜＞Ａの信号点ｎを外側の信号点Ｐとする。信号点Ｐは、ｘ［ｎ］の正負及びｙ［ｎ］の正負の組み合わせによって、信号点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に分類される。また、コンスタレーション抽出部３３２は、図１２に示すように、｜ｘ［ｎ］｜＜Ａかつ｜ｙ［ｎ］｜＜Ａの信号点ｎを内側の信号点Ｑとする。信号点Ｑも、ｘ［ｎ］の正負及びｙ［ｎ］の正負の組み合わせによって、信号点Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４に分類される。
　推定装置３３０のＥＶＭ算出部３３３は、アンテナ素子１９１毎に、外側の信号点Ｐの平均ＥＶＭ及び内側の信号点Ｑの平均ＥＶＭを求める（ステップＳ３２）。ＥＶＭ算出部３３３は、例えば、ＯＡＭ多重信号のプリアンブルを用いてあらかじめ送信装置１００及び受信装置３００間で共有した本来の信号点を基準とし、各信号点の基準からの平均誤差を平均ＥＶＭとして算出する。信号点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の分類毎に基準は異なる。
　ＥＶＭ比較部３３４は、外側の信号点Ｐの平均ＥＶＭ及び内側の信号点Ｑの平均ＥＶＭを比較し、それらの差分を非線形歪み量とする（ステップＳ３３）。ＥＶＭ比較部３３４は、アンテナ素子１９１毎の非線形歪み量を示す非線形歪み情報、又は、最も非線形歪み量が大きいアンテナ素子１９１を示す非線形歪み情報を推定結果通知装置３４０に出力する。推定結果通知装置３４０は、ＥＶＭ比較部３３４から入力された非線形歪み情報を、無線もしくはバックボーン回線を通して送信装置１００へ通知する（図１０のステップＳ１４）。
　続いて、無線通信システム１の受信装置３００からのフィードバックを用いない場合の処理について説明する。図１３は、無線伝送装置１１の送信装置１００の処理を示すフロー図である。図１３に示す処理では、送信装置１００は、ＲＦチェーン＃１～＃ＭからＵＣＡ１９０への出力である信号＃１～＃Ｍを分岐し、推定装置２２０に出力する。推定装置２２０は、分岐された信号＃１～＃Ｍに基づいてＰ１ｄＢの大きさを推定する。位相オフセット計算装置１３０は、その推定結果に基づいて、ＰＡＰＲ情報保持部１３２のルックアップテーブル（ＬＵＴ）を参照し、位相オフセット量を決定する。
　送信装置１００の送信制御装置１１０は、モード多重数、送信ＯＡＭモード、変調多値数、シンボルレート等のパラメータの値を決定する（ステップＳ５１）。信号処理装置１２０は、決定されたこれらパラメータの値に従って、各送信ＯＡＭモードで送信する信号を生成する（ステップＳ５２）。
　位相オフセット計算装置１３０の位相オフセット決定部１３３は、各送信ＯＡＭモードの位相オフセット量を決定する（ステップＳ５３）。位相オフセット計算装置１３０は、位相オフセット情報を受信していない場合、初期として各送信ＯＡＭモードの位相オフセット量を０、すなわち、位相オフセットなしに決定してもよい。位相オフセット付与装置１５０は、信号処理装置１２０から入力された信号に、その信号の送信に用いるＯＡＭモードに応じた位相オフセット量を付与し、ＯＡＭモード生成装置１６０に出力する（ステップＳ５４）。
　ＯＡＭモード生成装置１６０は、位相オフセット付与装置１５０から入力した各信号を、Ｍ個のアンテナ素子１９１それぞれから出力するＯＡＭモードの信号に変換する。ＯＡＭモード生成装置１６０は、アンテナ素子１９１毎に各ＯＡＭモードの信号を多重して信号＃１～＃Ｍを生成する（ステップＳ５５）。プリアンブル付与装置１７０は、図１０におけるステップＳ１２の処理と同様に信号＃１～＃Ｍにプリアンブルを付与する（ステップＳ５６）。ＲＦチェーン１８０は、プリアンブルが付与された信号＃１～＃Ｍを周波数変換し、増幅する（ステップＳ５７）。ＵＣＡ１９０は、アンテナ素子１９１－１～１９１－Ｍそれぞれから信号＃１～＃Ｍを送信する（ステップＳ５８）。
　推定装置２２０は、図１２に示す推定装置３３０の処理と同様の処理を行う（ステップＳ５９）。ただし、ステップＳ３１において、送信アンテナ出力取得部２２１は、プリアンブル付与部１７１－１～１７１－Ｍがアンテナ素子１９１－１～１９１－Ｍへ入力した信号＃１～＃Ｍから、プリアンブルに相当するフレームを抽出する。コンスタレーション抽出部２２２は、送信アンテナ出力取得部２２１が抽出したフレームに含まれるプリアンブルの電圧に基づき、コンスタレーション抽出部３３２と同様の処理により、アンテナ素子１９１毎に信号点を分類する。ＥＶＭ算出部２２３は、ステップＳ３２のＥＶＭ算出部３３３と同様の処理を行い、アンテナ素子１９１毎の信号点Ｐ、Ｑの平均ＥＶＭを算出する。ＥＶＭ比較部２２４は、ステップＳ３３のＥＶＭ比較部３３４と同様の処理を行い、アンテナ素子１９１毎の非線形歪み量を算出する。ＥＶＭ比較部２２４は、各アンテナ素子１９１の非線形歪み量を比較し、最も非線形歪み量が多いアンテナ素子１９１を、Ｐ１ｄＢが最も低いアンテナ素子１９１として、位相オフセット計算装置１３０に通知する。
　送信装置１００は、ステップＳ５２からの処理を繰り返す。ステップＳ５３において、位相オフセット計算装置１３０の位相オフセット決定部１３３は、図１０のステップＳ１５と同様の処理により、位相オフセットを決定する。
　送信装置１００及び受信装置３００のハードウェア構成例を説明する。図１４は、送信装置１００及び受信装置３００のハードウェア構成例を示す装置構成図である。送信装置１００及び受信装置３００は、プロセッサ７１と、記憶部７２と、通信インタフェース７３と、ユーザインタフェース７４とを備える。
　プロセッサ７１は、演算や制御を行う中央演算装置である。プロセッサ７１は、例えば、ＣＰＵである。プロセッサ７１は、記憶部７２からプログラムを読み出して実行する。送信装置１００及び受信装置３００の機能の一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。記憶部７２は、さらに、プロセッサ７１が各種プログラムを実行する際のワークエリアなどを有する。通信インタフェース７３は、他装置と通信可能に接続するものである。ユーザインタフェース７４は、キーボード、ポインティングデバイス（マウス、タブレット等）、ボタン、タッチパネル等の入力装置や、ディスプレイなどの表示装置である。ユーザインタフェース７４により、人為的な操作が入力される。
　上述した実施形態によれば、無線通信システムは、送信装置と受信装置とを有する。送信装置は、アンテナと、位相オフセット付与部と、ＯＡＭモード生成部と、無線処理部と、位相オフセット量計算部とを備える。例えば、アンテナは、実施形態のＵＣＡ１９０に対応し、位相オフセット付与部は、実施形態の位相オフセット付与装置１５０に対応し、ＯＡＭモード生成部は実施形態のＯＡＭモード生成装置１６０に対応し、無線処理部は実施形態のＲＦチェーン１８０に対応し、位相オフセット量計算部は実施形態の位相オフセット計算装置１３０に対応する。アンテナは、円形に配置された複数のアンテナ素子によりＯＡＭ多重信号を送信する。位相オフセット付与部は、各ＯＡＭモードにより送信する信号に位相オフセット量を付与する。ＯＡＭモード生成部は、位相オフセット量が付与された信号からアンテナ素子のそれぞれにより送信する各ＯＡＭモードの信号を生成し、生成された各ＯＡＭモードの信号をアンテナ素子毎に多重した多重信号を生成する。無線処理部は、アンテナ素子毎の多重信号をそれぞれ無線の多重信号に変換し、無線の多重信号を対応するアンテナ素子から送信する。位相オフセット量計算部は、無線処理部の特性に応じて位相オフセット付与部が各ＯＡＭモードにより送信する信号に付与する位相オフセット量を計算する。
　受信装置は、受信部と、ＯＡＭモード分離部と、受信信号処理部とを備える。例えば、受信部は実施形態のＵＣＡ３１０及びＲＦチェーン３２０に対応し、ＯＡＭモード分離部は実施形態のＯＡＭモード分離装置３５０、受信信号処理部は実施形態の受信信号処理装置３６０に対応する。受信部は、送信装置のアンテナが有する複数のアンテナ素子それぞれから送信された無線の多重信号を受信し、受信した多重信号の周波数を変換する。ＯＡＭモード分離部は、受信部が周波数変換した多重信号を各ＯＡＭモードの信号に分離する。受信信号処理部は、ＯＡＭモード分離部が分離したＯＡＭモードの信号から送信装置の位相オフセット付与部が付与した位相オフセット量を除去する。
　無線通信システムは、さらに、推定部を備える。推定部は、例えば、実施形態の推定装置２２０及び推定装置３３０に対応する。推定部は、無線処理部により変換された無線の多重信号に基づいて無線処理部の特性を推定する、又は、受信部において周波数変換された多重信号に基づいて無線処理部の特性を推定する。
　送信装置は、アンテナ素子毎の多重信号にプリアンブルを付与するプリアンブル付与部をさらに備えてもよい。推定部は、多重信号に付与されているプリアンブルに基づいて無線処理部の特性を推定する。
　推定部は、アンテナ素子毎に、多重信号のコンスタレーションにおける電圧の高い信号点の平均２乗誤差及び電圧の低い信号点の平均２乗誤差の差分に基づいて非線形歪みを推定してもよい。
　無線処理部は、複数のアンテナ素子それぞれに対応した無線素子を有してもよい。無線素子は、例えば、実施形態のＲＦチェーン＃１～＃８に対応する。無線素子は、対応するアンテナ素子から送信する多重信号を無線信号に変換するための処理を行う。推定部は、アンテナ素子それぞれに対応した無線素子の特性を、無線処理部の特性として推定する。位相オフセット量計算部は、情報保持部と、位相オフセット決定部とを有する。情報保持部は、各ＯＡＭモードの信号に付与する位相オフセット量を示すルックアップテーブルを保持する。位相オフセット決定部は、アンテナ素子それぞれに対応した無線素子の特性に基づいていずれかのアンテナ素子を選択し、選択したアンテナ素子に対応してルックアップテーブルから各ＯＡＭモードの信号に付与する位相オフセット量を読み出す。無線素子の特性は、例えば、１ｄＢ利得圧縮時出力電力である。
　以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
１　無線通信システム
１１　無線伝送装置
１２　無線伝送装置
７１　プロセッサ
７２　記憶部
７３　通信インタフェース
７４　ユーザインタフェース
１００　送信装置
１１０　送信制御装置
１１１　通信性能取得部
１１２　送信ＯＡＭモード決定部
１１３　多重数決定部
１１４　送信信号パラメータ決定部
１２０　信号処理装置
１３０　位相オフセット計算装置
１３１　通信パラメータ取得部
１３２　ＰＡＰＲ情報保持部
１３３　位相オフセット決定部
１４０　位相オフセット通知装置
１５０　位相オフセット付与装置
１６０　ＯＡＭモード生成装置
１７０　プリアンブル付与装置
１８０　ＲＦチェーン
１９０　ＵＣＡ
１９１－１～１９１－Ｍ　アンテナ素子
２１０　推定情報取得装置
２２０　推定装置
２２１　送信アンテナ出力取得部
２２２　コンスタレーション抽出部
２２３　ＥＶＭ算出部
２２４　ＥＶＭ比較部
３００　受信装置
３１０　ＵＣＡ
３２０　ＲＦチェーン
３３０　推定装置
３３１　プリアンブル取得部
３３２　コンスタレーション抽出部
３３３　ＥＶＭ算出部
３３４　ＥＶＭ比較部
３４０　推定結果通知装置
３５０　ＯＡＭモード分離装置
３６０　受信信号処理装置
３７０　復調器
３８０　位相オフセット取得装置

Claims (8)

  1. 　円形に配置された複数のアンテナ素子によりＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）多重信号を送信するアンテナを有する送信装置が、各ＯＡＭモードにより送信する信号に位相オフセット量を付与する位相オフセット付与ステップと、
    　前記送信装置が、前記位相オフセット量が付与された前記信号から前記アンテナ素子のそれぞれにより送信する各ＯＡＭモードの信号を生成し、生成された各ＯＡＭモードの前記信号を前記アンテナ素子毎に多重した多重信号を生成するＯＡＭモード生成ステップと、
    　前記送信装置が、前記アンテナ素子毎の前記多重信号をそれぞれ無線処理部により無線の多重信号に変換し、無線の前記多重信号を対応する前記アンテナ素子から送信する無線送信ステップと、
    　受信装置が、前記無線送信ステップにおいて複数の前記アンテナ素子それぞれから送信された無線の前記多重信号を受信し、受信した前記多重信号の周波数を変換する受信ステップと、
    　前記受信ステップにおいて周波数変換された前記多重信号を各ＯＡＭモードの信号に分離する分離ステップと、
    　前記受信装置が、前記分離ステップにおいて分離された前記ＯＡＭモードの前記信号から前記位相オフセット付与ステップにおいて付与された前記位相オフセット量を除去する受信信号処理ステップと、
    　前記送信装置が、前記無線送信ステップにおいて変換された無線の前記多重信号に基づいて前記無線処理部の特性を推定する、又は、前記受信装置が、前記受信ステップにおいて周波数が変換された前記多重信号に基づいて前記無線処理部の特性を推定する推定ステップと、
    　前記送信装置が、前記推定ステップにおいて推定された前記無線処理部の特性に応じて前記位相オフセット付与ステップにおいて各ＯＡＭモードにより送信する信号に付与する位相オフセット量を計算する計算ステップと、
    　を有する無線通信方法。
  2. 　送信装置と受信装置とを有する無線通信システムであって、
    　前記送信装置は、
    　円形に配置された複数のアンテナ素子によりＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）多重信号を送信するアンテナと、
    　各ＯＡＭモードにより送信する信号に位相オフセット量を付与する位相オフセット付与部と、
    　前記位相オフセット量が付与された前記信号から前記アンテナ素子のそれぞれにより送信する各ＯＡＭモードの信号を生成し、生成された各ＯＡＭモードの前記信号を前記アンテナ素子毎に多重した多重信号を生成するＯＡＭモード生成部と、
    　前記アンテナ素子毎の前記多重信号をそれぞれ無線の多重信号に変換し、無線の前記多重信号を対応する前記アンテナ素子から送信する無線処理部と、
    　前記無線処理部の特性に応じて前記位相オフセット付与部が各ＯＡＭモードにより送信する信号に付与する位相オフセット量を計算する位相オフセット量計算部とを備え、
    　前記受信装置は、
    　複数の前記アンテナ素子それぞれから送信された無線の前記多重信号を受信し、受信した前記多重信号の周波数を変換する受信部と、
    　前記受信部が周波数変換した前記多重信号を各ＯＡＭモードの信号に分離するＯＡＭモード分離部と、
    　前記ＯＡＭモード分離部が分離した前記ＯＡＭモードの前記信号から前記位相オフセット付与部が付与した前記位相オフセット量を除去する受信信号処理部とを備え、
    　前記無線通信システムは、
    　前記無線処理部により変換された無線の前記多重信号に基づいて前記無線処理部の特性を推定する、又は、前記受信部において周波数変換された前記多重信号に基づいて前記無線処理部の特性を推定する推定部を備える、
    　無線通信システム。
  3. 　前記送信装置は、前記アンテナ素子毎の前記多重信号にプリアンブルを付与するプリアンブル付与部をさらに備え、
    　前記推定部は、前記多重信号に付与されている前記プリアンブルに基づいて前記無線処理部の特性を推定する、
    　請求項２に記載の無線通信システム。
  4. 　前記推定部は、前記アンテナ素子毎に、前記多重信号のコンスタレーションにおける電圧の高い信号点の平均２乗誤差及び電圧の低い信号点の平均２乗誤差の差分に基づいて非線形歪みを推定する、
    　請求項２に記載の無線通信システム。
  5. 　前記無線処理部は、複数の前記アンテナ素子それぞれに対応した無線素子を有し、
    　前記無線素子は、対応する前記アンテナ素子から送信する前記多重信号を無線信号に変換するための処理を行い、
    　前記推定部は、前記アンテナ素子それぞれに対応した前記無線素子の特性を、前記無線処理部の特性として推定し、
    　前記位相オフセット量計算部は、
    　各ＯＡＭモードの信号に付与する位相オフセット量を示すルックアップテーブルを保持する情報保持部と、
    　前記アンテナ素子それぞれに対応した前記無線素子の特性に基づいていずれかのアンテナ素子を選択し、選択した前記アンテナ素子に対応して前記ルックアップテーブルから各ＯＡＭモードの信号に付与する位相オフセット量を読み出す位相オフセット決定部とを有する、
    　請求項２に記載の無線通信システム。
  6. 　前記特性は、１ｄＢ利得圧縮時出力電力である、
    　請求項２に記載の無線通信システム。
  7. 　円形に配置された複数のアンテナ素子によりＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）多重信号を送信するアンテナと、
    　各ＯＡＭモードにより送信する信号に位相オフセット量を付与する位相オフセット付与部と、
    　前記位相オフセット量が付与された前記信号から前記アンテナ素子のそれぞれにより送信する各ＯＡＭモードの信号を生成し、生成された各ＯＡＭモードの前記信号を前記アンテナ素子毎に多重した多重信号を生成するＯＡＭモード生成部と、
    　前記アンテナ素子毎の前記多重信号をそれぞれ無線の多重信号に変換し、無線の前記多重信号を対応する前記アンテナ素子から送信する無線処理部と、
    　前記無線処理部により変換された無線の前記多重信号に基づいて前記無線処理部の特性を推定する推定部と、
    　前記推定部により推定された前記無線処理部の特性に応じて前記位相オフセット付与部が各ＯＡＭモードにより送信する信号に付与する位相オフセット量を計算する位相オフセット量計算部と、
    　を備える送信装置。
  8. 　ＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）多重信号を送信する送信装置のアンテナが有する円形に配置された複数のアンテナ素子それぞれから送信され、かつ、各ＯＡＭモードの信号が多重された多重信号を受信し、前記多重信号の周波数を変換する受信部と、
    　前記受信部が周波数変換した前記多重信号を各ＯＡＭモードの信号に分離するＯＡＭモード分離部と、
    　前記ＯＡＭモード分離部が分離した前記ＯＡＭモードの前記信号から前記送信装置が付与した位相オフセット量を除去する受信信号処理部と、
    　前記受信部により周波数変換された前記多重信号に基づいて、前記送信装置において多重信号を無線周波数の前記多重信号に変換した周波数変換部の特性を推定する推定部と、
    　前記推定部により推定された前記特性を前記送信装置に通知する通知部と、
    　を備える受信装置。
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