WO2024142394A1 - Transmission device and transmission method - Google Patents

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皓介 鈴置
斗煥 李
康徳 八木
理一 工藤
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日本電信電話株式会社
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This transmission device comprises: a signal generation unit that generates a radio signal having a designated beam direction angle; and an airy beam generation unit that generates an airy beam by changing the phase of the radio signal.

Description

送信装置及び送信方法Transmitting device and transmitting method
　本発明は、送信装置及び送信方法に関する。 The present invention relates to a transmission device and a transmission method.
　通常、電磁波は進行方向に直線的に広がり伝搬する性質を持っている。一方、２次元平面に入射する無線信号に対して振幅位相変換を与えることで、メインローブの進行方向の軌跡が曲がる性質を持つエアリービームを生成することができる。 Normally, electromagnetic waves have the property of spreading and propagating linearly in the direction of travel. However, by applying an amplitude-phase conversion to a radio signal incident on a two-dimensional plane, it is possible to generate an Airy beam, which has the property of bending the trajectory of the main lobe in the direction of travel.
　エアリービームは、受信電力が著しく低い通信エリアを形成する性質がある。しかしながら、エアリービームのメインローブの軌道には制限があり、ビーム方向を制御することができない。 Airy beams have the property of forming a communication area with extremely low reception power. However, the trajectory of the main lobe of an Airy beam is limited, and the beam direction cannot be controlled.
　本発明は、エアリービームのビーム方向を制御することのできる送信装置及び送信方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a transmitting device and a transmitting method that can control the beam direction of an Airy beam.
　本発明の一態様は、指定されたビーム方向角を持つ無線信号を生成する信号生成部と、前記無線信号の位相を変化させることでエアリービームを生成するエアリービーム生成部と、を備える送信装置である。 One aspect of the present invention is a transmitting device that includes a signal generating unit that generates a radio signal having a specified beam direction angle, and an Airy beam generating unit that generates an Airy beam by changing the phase of the radio signal.
　本発明の一態様は、指定されたビーム方向角を持つ無線信号を生成し、前記無線信号の位相を変化させることでエアリービームを生成する、送信方法である。 One aspect of the present invention is a transmission method that generates a radio signal having a specified beam direction angle and generates an Airy beam by changing the phase of the radio signal.
　本発明の送信装置及び送信方法は、エアリービームのビーム方向を制御することができる。 The transmitting device and transmitting method of the present invention can control the beam direction of an Airy beam.
第１の実施形態に係る送信装置１００の構成の一例である。2 is an example of a configuration of a transmission device 100 according to the first embodiment. 送信アンテナ１３０と放射されるビームを示す図である。FIG. 1 shows a transmitting antenna 130 and the beam emitted. エアリービーム生成部１４０の構成例である。2 is a configuration example of an Airy beam generating unit 140. エアリービーム生成部１４０の他の構成例である。13 is another example of the configuration of the Airy beam generating unit 140. エアリービーム生成部１４０をｘ－ｙ平面に置いた場合の、生成されるエアリービームのｘ－ｚ平面の断面図の一例である。1 is an example of a cross-sectional view in the xz plane of a generated Airy beam when the Airy beam generating unit 140 is placed on the xy plane. ２つの送信装置１００－１及び１００－２により生成されるエアリービームを示す例である。1 is an example showing Airy beams generated by two transmitting devices 100-1 and 100-2. 第２の実施形態に係る送信装置１００の構成の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a configuration of a transmitting device 100 according to a second embodiment. 平面状のエアリービーム生成部１４０を正面から見た図である。1 is a front view of a planar Airy beam generating unit 140. FIG. エアリービーム生成部１４０から送信されるエアリービームの強度分布（エアリービーム生成部１４０の対向面における強度分布）を示す図である。1 is a diagram showing the intensity distribution of the Airy beam transmitted from the Airy beam generating unit 140 (the intensity distribution on the opposing surface of the Airy beam generating unit 140). FIG. 空間多重数が８の場合の平面状のエアリービーム生成部１４０を正面から見た図である。1 is a front view of a planar Airy beam generating unit 140 when the spatial multiplexing number is 8. エアリービーム生成部１４０から送信されるエアリービームの強度分布（エアリービーム生成部１４０の対向面における強度分布）を示す図である。1 is a diagram showing the intensity distribution of the Airy beam transmitted from the Airy beam generating unit 140 (the intensity distribution on the opposing surface of the Airy beam generating unit 140). FIG. アンテナのサイズを調整することを示す図である。FIG. 13 illustrates adjusting the size of the antenna. アンテナのサイズを調整することを示す図である。FIG. 13 illustrates adjusting the size of the antenna.
（第１の実施形態）
　以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
　図１は、第１の実施形態に係る送信装置１００の構成の一例である。図１に示すように、第１の実施形態に係る送信装置１００は、ビーム方向角指定部１１０、信号生成部１２０、送信アンテナ１３０、エアリービーム生成部１４０を備える。 First Embodiment
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Fig. 1 shows an example of the configuration of a transmission device 100 according to the first embodiment. As shown in Fig. 1, the transmission device 100 according to the first embodiment includes a beam direction angle designation unit 110, a signal generation unit 120, a transmission antenna 130, and an Airy beam generation unit 140.
　ビーム方向角指定部１１０は、送信アンテナ１３０から放射されるビームの方向角θを指定する。 The beam direction angle designation unit 110 designates the direction angle θ of the beam emitted from the transmitting antenna 130.
　信号生成部１２０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する。信号生成部１２０は、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して、当該アナログ信号を送信アンテナ１３０に出力する。信号生成部１２０は、ビーム方向角指定部１１０により指定された方向角に基づいて、無線信号を生成する。無線信号の生成方法については後述する。送信アンテナ１３０は、信号生成部１２０により生成されたアナログ信号を放射する。 The signal generating unit 120 generates a digital signal from the input data to be transmitted on a carrier wave. The signal generating unit 120 converts the digital signal into an analog signal, converts the frequency of the analog signal into the frequency band of the carrier wave, and outputs the analog signal to the transmitting antenna 130. The signal generating unit 120 generates a radio signal based on the direction angle specified by the beam direction angle specifying unit 110. The method of generating the radio signal will be described later. The transmitting antenna 130 radiates the analog signal generated by the signal generating unit 120.
　図２は、送信アンテナ１３０と放射されるビームを示す図である。送信アンテナ１３０は、隣接する複数のアンテナ１３１から構成される。図２に示す例においては、送信アンテナ１３０は、４つの隣接するアンテナ１３１－１、１３１－２、１３１－３、１３１－４から構成される。隣接するアンテナ１３１の間隔をｄ、送信アンテナ１３０から放射されるビームのｚ方向に対する角度をθ、アンテナ１３１に供給される無線信号の波長をλ、隣接するアンテナ１３１に供給されるアナログ信号の位相差をΔφとすると、これらには式（１）の関係がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 Fig. 2 is a diagram showing a transmitting antenna 130 and a beam emitted. The transmitting antenna 130 is composed of a plurality of adjacent antennas 131. In the example shown in Fig. 2, the transmitting antenna 130 is composed of four adjacent antennas 131-1, 131-2, 131-3, and 131-4. If the interval between adjacent antennas 131 is d, the angle of the beam emitted from the transmitting antenna 130 with respect to the z direction is θ, the wavelength of the radio signal supplied to the antenna 131 is λ, and the phase difference of the analog signal supplied to adjacent antennas 131 is Δφ, then there is a relationship represented by formula (1).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ｄ及びλが定数であるとき、Δφを変化させることでθを変化させることができる。つまり、信号生成部１２０は、ビーム方向角指定部１１０が指定するビーム方向角θと式（１）に基づいて、無線信号の位相差Δφを算出し、隣接するアンテナ１３１に供給されるアナログ信号の位相差が算出したΔφとなるように、送信アンテナ１３０のアンテナ１３１にアナログ信号を供給する。 When d and λ are constants, θ can be changed by changing Δφ. In other words, the signal generating unit 120 calculates the phase difference Δφ of the radio signal based on the beam direction angle θ specified by the beam direction angle specifying unit 110 and equation (1), and supplies an analog signal to the antenna 131 of the transmitting antenna 130 so that the phase difference of the analog signal supplied to the adjacent antenna 131 becomes the calculated Δφ.
　エアリービーム生成部１４０は、送信アンテナ１３０から放射されるビームの位相を変化させることで、エアリービームを生成する。エアリービーム生成部１４０は、例えば、複数のアンテナ素子によりビームに位相を与えることで、エアリービームを生成する。図３は、エアリービーム生成部１４０の構成例である。図３は、平面状のエアリービーム生成部１４０を正面から見た図である。図３に示すエアリービーム生成部１４０は、平面の基板上に複数のアンテナ素子（パッチアンテナ）を有するメタサーフェス（メタマテリアル）アンテナである。例えば、各アンテナ素子は可変位相器を備え、アンテナ素子ごとに電磁波（電波）に所定の位相を与えることができる。各アンテナ素子に与えられる位相に応じて、エアリービームの曲がり具合が変化する。 The Airy beam generating unit 140 generates an Airy beam by changing the phase of the beam radiated from the transmitting antenna 130. The Airy beam generating unit 140 generates an Airy beam, for example, by imparting a phase to the beam using multiple antenna elements. FIG. 3 shows an example of the configuration of the Airy beam generating unit 140. FIG. 3 shows the planar Airy beam generating unit 140 as viewed from the front. The Airy beam generating unit 140 shown in FIG. 3 is a metasurface (metamaterial) antenna having multiple antenna elements (patch antennas) on a planar substrate. For example, each antenna element is equipped with a variable phase shifter, and a predetermined phase can be imparted to the electromagnetic wave (radio wave) for each antenna element. The degree of curvature of the Airy beam changes depending on the phase imparted to each antenna element.
　エアリービーム生成部１４０は、ビームが通過する誘電体の厚みを面的に変化させることで、送信アンテナ１３０から放射されるビームの位相変換を行うことでエアリービームを生成してもよい。図４は、エアリービーム生成部１４０の他の構成例である。本構成例では、エアリービーム生成部１４０を正面から見た形状は例えば円形である。図４は、送信アンテナ１３０の電波送信方向の軸を含む平面でエアリービーム生成部１４０を切った断面図を示す。図４に示す例においては、エアリービーム生成部１４０は、位相変調レンズ１４３及びフーリエ変換レンズ１４４を備える。送信アンテナ１３０の正面から見た平面をｘ－ｙ平面とすると、位相変調レンズ１４３がｘ－ｙ平面上の各点（ｘ－ｙ座標）において位相を与え、これによりエアリービームを生成する。 The Airy beam generating unit 140 may generate an Airy beam by changing the phase of the beam emitted from the transmitting antenna 130 by changing the thickness of the dielectric material through which the beam passes. FIG. 4 shows another example of the configuration of the Airy beam generating unit 140. In this example, the shape of the Airy beam generating unit 140 seen from the front is, for example, circular. FIG. 4 shows a cross-sectional view of the Airy beam generating unit 140 cut by a plane including the axis of the radio wave transmission direction of the transmitting antenna 130. In the example shown in FIG. 4, the Airy beam generating unit 140 includes a phase modulation lens 143 and a Fourier transform lens 144. If the plane seen from the front of the transmitting antenna 130 is an xy plane, the phase modulation lens 143 gives a phase at each point on the xy plane (xy coordinates), thereby generating an Airy beam.
　具体的には、エアリービーム生成部１４０は、式（２）に示す振幅位相ｕ（ｘ、ｙ）をｘ－ｙ平面上のビームに付与することでエアリービームを生成する。式（２）においてａは、エアリービームの曲がり具合を決定する任意定数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 Specifically, the Airy beam generating unit 140 generates an Airy beam by imparting the amplitude and phase u(x, y) shown in equation (2) to a beam on the xy plane. In equation (2), a is an arbitrary constant that determines the degree of curvature of the Airy beam.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　図５は、エアリービーム生成部１４０をｘ－ｙ平面に置いた場合の、生成されるエアリービームのｘ－ｚ平面の断面図の一例である。図５Ａは、ビームの角度θ＝０度である場合を示し、図５Ｂは、ビームの角度θ＝４５度である場合を示す。図５Ａに示す例において、エアリービームは上に曲がり、ビームの下部にサイドローブが生じ、ビームの上部にはサイドローブが生じない。図５Ｂに示す例において、エアリービームは上に曲がり、ビームの下部にサイドローブが生じ、ビームの上部にはサイドローブが生じない。図５Ａ及び図５Ｂは、ビームの角度により、エアリービームの方向が変化することを示す。 FIG. 5 is an example of a cross-sectional view in the x-z plane of the Airy beam generated when the Airy beam generating unit 140 is placed on the x-y plane. FIG. 5A shows the case where the beam angle θ = 0 degrees, and FIG. 5B shows the case where the beam angle θ = 45 degrees. In the example shown in FIG. 5A, the Airy beam bends upwards, with a side lobe at the bottom of the beam and no side lobe at the top of the beam. In the example shown in FIG. 5B, the Airy beam bends upwards, with a side lobe at the bottom of the beam and no side lobe at the top of the beam. FIGS. 5A and 5B show that the direction of the Airy beam changes depending on the beam angle.
　図６は、２つの送信装置１００－１及び１００－２により生成されるエアリービームを示す例である。送信装置１００－１と送信装置１００－２は、正負が逆の角度を与えたビームを送信する。このとき、送信装置１００－１から送信されるエアリービームの下部にサイドローブが生じ、上部にサイドローブが生じない。送信装置１００－２から送信されるエアリービームの上部にサイドローブが生じ、下部にサイドローブが生じない。よって、送信装置１００－１と送信装置１００－２は、サイドローブが生じない領域を形成することができる。 Figure 6 is an example showing Airy beams generated by two transmitting devices 100-1 and 100-2. Transmitting device 100-1 and transmitting device 100-2 transmit beams with angles of opposite positive and negative. At this time, a side lobe occurs at the bottom of the Airy beam transmitted from transmitting device 100-1, but no side lobe occurs at the top. A side lobe occurs at the top of the Airy beam transmitted from transmitting device 100-2, but no side lobe occurs at the bottom. Thus, transmitting device 100-1 and transmitting device 100-2 can form an area where no side lobes occur.
（第２の実施形態）
　図７は、第２の実施形態に係る送信装置１００の構成の一例を示す図である。第２の実施形態において、送信装置１００が送信したデータを受信装置２００が受信する。以下、送信装置１００と受信装置２００を合わせて無線通信システム１０と呼ぶ。
　受信装置２００は、受信部２１０、受信強度測定部２２０、フィードバック部２３０を備える。受信部２１０は、アンテナを介して送信装置１００から送信されるアナログ信号を受信する。受信部２１０は、送信装置１００が備えるエアリービーム生成部１４０と同様の構成を使用して信号を受信してもよいし、エアリービーム用の特別な構成を備えない一般的なアンテナであってもよい。 Second Embodiment
7 is a diagram showing an example of a configuration of a transmitting device 100 according to the second embodiment. In the second embodiment, data transmitted by the transmitting device 100 is received by a receiving device 200. Hereinafter, the transmitting device 100 and the receiving device 200 are collectively referred to as a wireless communication system 10.
The receiving device 200 includes a receiving unit 210, a receiving intensity measuring unit 220, and a feedback unit 230. The receiving unit 210 receives an analog signal transmitted from the transmitting device 100 via an antenna. The receiving unit 210 may receive a signal using a configuration similar to that of the Airy beam generating unit 140 included in the transmitting device 100, or may be a general antenna that does not include a special configuration for an Airy beam.
　受信強度測定部２２０は、受信する信号の受信強度を測定する。フィードバック部２３０は、受信強度の測定結果を送信装置１００にフィードバックする。フィードバック部２３０は、通常の無線通信を使用して信号を送信装置１００に送ることでフィードバックすればよい。第２の実施形態において、送信装置１００のビーム方向角指定部１１０は、受信装置２００によるフィードバックに基づいてビーム方向角θを指定する。
　例えば、送信装置１００は、送信アンテナ１３０から放射するビームの角度を所定のスケジュールで変化させ、複数のエアリービームをプリアンブルとして受信装置２００に送信する。受信装置２００においては、受信強度測定部２２０が各エアリービームの受信強度を測定し、フィードバック部２３０は受信強度が最大であったエアリービームを受信したタイミング、時刻又は順番を送信装置１００にフィードバックする。ビーム方向角指定部１１０は、フィードバックされたタイミング、時刻又は順番に対応するビーム方向角θを送信アンテナ１３０から放射するビームの角度として指定する。 The reception strength measurement unit 220 measures the reception strength of a received signal. The feedback unit 230 feeds back the measurement result of the reception strength to the transmitting device 100. The feedback unit 230 may perform the feedback by sending a signal to the transmitting device 100 using normal wireless communication. In the second embodiment, the beam direction angle designation unit 110 of the transmitting device 100 designates the beam direction angle θ based on the feedback by the receiving device 200.
For example, the transmitting device 100 changes the angle of the beam radiated from the transmitting antenna 130 according to a predetermined schedule, and transmits a plurality of Airy beams as preambles to the receiving device 200. In the receiving device 200, the receiving strength measurement unit 220 measures the receiving strength of each Airy beam, and the feedback unit 230 feeds back to the transmitting device 100 the timing, time, or order in which the Airy beam with the maximum receiving strength was received. The beam direction angle designation unit 110 designates the beam direction angle θ corresponding to the fed back timing, time, or order as the angle of the beam radiated from the transmitting antenna 130.
　送信装置１００は、受信装置２００に送信するプリアンブルにビーム方向角θの情報を含ませてもよい。このとき、受信装置２００は、受信強度を測定するとともにビーム方向角θの情報を読み出す。フィードバック部２３０は、受信強度が最大であったエアリービームに含まれていた情報が示すビーム方向角θを送信装置１００にフィードバックする。ビーム方向角指定部１１０は、フィードバックされたビーム方向角θを送信アンテナ１３０から放射するビームの角度として指定する。送信装置１００が送信するプリアンブルにビーム方向角θの情報が含まれる場合、送信装置は所定のスケジュールで、ビーム方向角θを変化させてエアリービームを送信しなくてもよい。 The transmitting device 100 may include information on the beam direction angle θ in the preamble transmitted to the receiving device 200. At this time, the receiving device 200 measures the reception strength and reads out the information on the beam direction angle θ. The feedback unit 230 feeds back to the transmitting device 100 the beam direction angle θ indicated by the information contained in the Airy beam with the maximum reception strength. The beam direction angle designation unit 110 designates the fed back beam direction angle θ as the angle of the beam radiated from the transmitting antenna 130. When the preamble transmitted by the transmitting device 100 includes information on the beam direction angle θ, the transmitting device does not need to change the beam direction angle θ to transmit the Airy beam according to a predetermined schedule.
　フィードバック部２３０は、エアリービームの受信強度と当該エアリービームを受信したタイミング、時刻、順番又はビーム方向角θの対応関係を送信装置１００にフィードバックしてもよい。このとき、送信装置１００は、フィードバックされたエアリービームの受信強度と当該エアリービームを受信したタイミング、時刻、順番又はビーム方向角θの対応関係に基づいて、最大の受信強度に対応するタイミング、時刻、順番又はビーム方向角θを決定し、ビーム方向角θを指定する。 The feedback unit 230 may feed back to the transmitting device 100 the correspondence between the reception strength of the Airy Beam and the timing, time, order, or beam direction angle θ at which the Airy Beam is received. At this time, the transmitting device 100 determines the timing, time, order, or beam direction angle θ corresponding to the maximum reception strength based on the correspondence between the reception strength of the Airy Beam that has been fed back and the timing, time, order, or beam direction angle θ at which the Airy Beam is received, and specifies the beam direction angle θ.
　送信装置１００は、受信装置２００の事前に決定した複数の位置により異なるエアリービームの受信強度に基づいてビーム方向角θを指定してもよい。送信装置１００は、ビーム方向角θ及び受信装置２００の位置ごとのエアリービームの受信強度の情報を取得し、受信装置２００が複数の位置のうち、ある１つの位置にある場合には、受信強度が所定の閾値以上であるが、受信装置２００が複数の位置のうち、上述した１つの位置を除く他の全ての位置にある場合には、受信強度が所定の閾値以下となるビーム方向角θを決定し、送信アンテナ１３０から放射するビームの角度として指定する。つまり、事前に決定した複数の位置全てに受信装置２００が設置されていた時、送信装置１００は、決定したビーム方向角θによりビームを放射したとき、１つの受信装置２００にのみ所定の閾値以上の受信強度でエアリービームを届けることができる。 The transmitting device 100 may specify the beam direction angle θ based on the reception strength of the Airy beam, which differs depending on the multiple positions of the receiving device 200 determined in advance. The transmitting device 100 acquires information on the beam direction angle θ and the reception strength of the Airy beam for each position of the receiving device 200, and when the receiving device 200 is at one of the multiple positions, the receiving strength is equal to or greater than a predetermined threshold. However, when the receiving device 200 is at all positions of the multiple positions except for the one position, the transmitting device 100 determines the beam direction angle θ at which the reception strength is equal to or less than the predetermined threshold, and specifies this as the angle of the beam radiated from the transmitting antenna 130. In other words, when the receiving device 200 is installed at all of the multiple positions determined in advance, the transmitting device 100 can deliver the Airy beam with a reception strength equal to or greater than the predetermined threshold only to one receiving device 200 when it radiates a beam at the determined beam direction angle θ.
　また、送信装置１００は、送信装置１００と受信装置２００のアンテナ間の距離を取得してもよい。距離の取得方法はどのような方法であってもよい。例えば、外部サーバから取得してもよいし、ＧＰＳ機能を用いて送信アンテナ１３０又はエアリービーム生成部１４０と受信部２１０のアンテナのそれぞれの位置を取得し、位置から距離を求めても良いし、信号の遅延時間を用いて距離を算出してもよい。
　送信装置１００は、送信装置１００と受信装置２００のアンテナ間の距離に基づいて、ビーム方向角θを決定してもよい。 Furthermore, the transmitting device 100 may acquire the distance between the antennas of the transmitting device 100 and the receiving device 200. Any method may be used to acquire the distance. For example, the distance may be acquired from an external server, or the positions of the transmitting antenna 130 or the Airy beam generating unit 140 and the antenna of the receiving unit 210 may be acquired using a GPS function, and the distance may be calculated from the positions, or the distance may be calculated using a signal delay time.
The transmitting device 100 may determine the beam direction angle θ based on the distance between the antennas of the transmitting device 100 and the receiving device 200 .
　送信装置１００は、送信アンテナ１３０とエアリービーム生成部１４０とをサブ送信アンテナ及びサブエアリービーム生成部として複数備え、空間多重通信を行ってもよい。図８は、平面状のエアリービーム生成部１４０を正面から見た図である。図８に示すエアリービーム生成部１４０は、サブエアリービーム生成部＃１～４を備え、それぞれのサブエアリービーム生成部が、図示のような複数アンテナ素子を有し、エアリービームを生成することが可能である。 The transmitting device 100 may have a plurality of transmitting antennas 130 and Airy beam generating units 140 as sub-transmitting antennas and sub-Airy beam generating units, and may perform spatial multiplexing communication. FIG. 8 is a front view of the planar Airy beam generating unit 140. The Airy beam generating unit 140 shown in FIG. 8 has sub-Airy beam generating units #1 to #4, each of which has a plurality of antenna elements as shown, and is capable of generating an Airy beam.
　受信装置２００も空間多重通信を達成するために４つの異なるアンテナを備えるが、サブエアリービーム生成部を備えなくてもよい。サブ送信アンテナ＃１、＃３は、サブ受信アンテナ＃３、＃１と対向し、サブ送信アンテナ＃２、＃４は、サブ受信アンテナ＃４、＃２と対向する。 The receiving device 200 also has four different antennas to achieve spatial multiplexing communication, but does not need to have a sub-Airly beam generator. The sub-transmitting antennas #1 and #3 face the sub-receiving antennas #3 and #1, and the sub-transmitting antennas #2 and #4 face the sub-receiving antennas #4 and #2.
　図９は、エアリービーム生成部１４０から送信されるエアリービームの強度分布（エアリービーム生成部１４０の対向面における強度分布）を示す図である。図９に示すように、各サブエアリービーム生成部のサイドローブが、他のサブサブエアリービーム生成部が存在する側とは反対の側に生じる。これにより、サブサブエアリービーム生成部間での干渉が生じることなく、空間多重数＝４の空間多重伝送を行うことができる。 Figure 9 is a diagram showing the intensity distribution of the Airy beam transmitted from the Airy beam generating unit 140 (the intensity distribution on the opposing surface of the Airy beam generating unit 140). As shown in Figure 9, the side lobes of each sub-Airy beam generating unit are generated on the side opposite to the side on which other sub-sub Airy beam generating units exist. This makes it possible to perform spatial multiplexing transmission with a spatial multiplexing number of 4 without interference occurring between the sub-sub Airy beam generating units.
　次に送信アンテナ１３０とエアリービーム生成部１４０のサブ送信アンテナ及びサブエアリービーム生成部がそれぞれ８個である場合、つまり、空間多重数が８の場合を説明する。
　図１０は、空間多重数が８の場合の平面状のエアリービーム生成部１４０を正面から見た図である。受信装置２００も空間多重通信を達成するために８つの異なるアンテナを備えるが、サブエアリービーム生成部を備えなくてもよい。図１０に示すように、エアリービーム生成部１４０は、サブエアリービーム生成部＃１～＃８を備え、それぞれのサブエアリービーム生成部が、図示のような複数アンテナ素子を有し、エアリービームを生成することが可能である。サブ送信アンテナ＃１、＃８、＃７は、サブ受信アンテナ＃７、＃８、＃１と対向し、サブ送信アンテナ＃２、＃６は、サブ受信アンテナ＃６、＃２と対向し、サブ送信アンテナ＃３、＃４、＃５は、サブ受信アンテナ＃５、＃４、＃３と対向する。 Next, a case where the transmitting antenna 130 and the Airy beam forming unit 140 each have eight sub-transmitting antennas and eight sub-Airy beam forming units, that is, a case where the spatial multiplexing number is eight, will be described.
Fig. 10 is a front view of the planar Airy beam generator 140 when the spatial multiplexing number is 8. The receiving device 200 also has eight different antennas to achieve spatial multiplexing communication, but does not need to have a sub-Airy beam generator. As shown in Fig. 10, the Airy beam generator 140 has sub-Airy beam generators #1 to #8, and each sub-Airy beam generator has multiple antenna elements as shown in the figure and can generate an Airy beam. The sub-transmitting antennas #1, #8, and #7 face the sub-receiving antennas #7, #8, and #1, the sub-transmitting antennas #2, #6 face the sub-receiving antennas #6, #2, and the sub-transmitting antennas #3, #4, and #5 face the sub-receiving antennas #5, #4, and #3.
　図１１は、エアリービーム生成部１４０から送信されるエアリービームの強度分布（エアリービーム生成部１４０の対向面における強度分布）を示す図である。図１１に示すように、各サブアンテナのサイドローブが、８つのサブエアリービーム生成部の中心の側に対して外側に現れる。 FIG. 11 is a diagram showing the intensity distribution of the Airy beam transmitted from the Airy beam generating unit 140 (the intensity distribution on the opposing surface of the Airy beam generating unit 140). As shown in FIG. 11, the side lobes of each sub-antenna appear on the outer side of the center of the eight sub-Airy beam generating units.
　この場合、例えば、サブエアリービーム生成部＃１のサイドローブと、サブエアリービーム生成部＃３～＃７のサイドローブとの間では干渉が生じないが、サブエアリービーム生成部＃１のサイドローブと、サブエアリービーム生成部＃２、＃８のサイドローブとの間で干渉が生じ得る。 In this case, for example, no interference occurs between the side lobe of sub-Airy beam generating unit #1 and the side lobes of sub-Airy beam generating units #3 to #7, but interference may occur between the side lobe of sub-Airy beam generating unit #1 and the side lobes of sub-Airy beam generating units #2 and #8.
　このように、上記例は、一部の干渉を許容する例である。つまり、上記例においては、送信装置１００は部分的なサイドローブの重なりを認めるように電波を送信する。サイドローブが重なる部分については、受信装置２００において、ＳＩＣ(successive interference cancellation）等の手法により干渉除去を実施する。これにより、full MIMOの等化処理よりは低演算量を維持しつつ空間多重数を増加させることができる。 As such, the above example is an example in which some interference is tolerated. That is, in the above example, the transmitting device 100 transmits radio waves in a manner that allows for partial side lobe overlap. For parts where the side lobes overlap, the receiving device 200 performs interference removal using a method such as SIC (successive interference cancellation). This makes it possible to increase the number of spatial multiplexes while maintaining a lower amount of calculation compared to full MIMO equalization processing.
　エアリービーム生成部１４０を構成するサブエアリービーム生成部における複数アンテナ素子から構成されるアンテナのサイズを適応的に調整することで、エアリービームの曲がる度合いを調整する。これにより、エアリービームの届く距離あるいは位置を調整することができる。このようなサイズの調整は例えば送信装置１００により行うことができる。 The degree to which the Airy beam bends is adjusted by adaptively adjusting the size of the antenna composed of multiple antenna elements in the sub-Airy beam generating unit that constitutes the Airy beam generating unit 140. This makes it possible to adjust the distance or position that the Airy beam reaches. Such size adjustments can be performed by the transmitting device 100, for example.
　図１２、図１３を参照して例を説明する。図１２に示すように、１つのサブエアリービーム生成部において、Ａで示す領域と、Ｂで示す領域が示されている。Ａで示す領域のサイズのほうがＢで示す領域のサイズよりも大きい。言い換えると、Ａで示す領域に含まれるアンテナ素子数のほうが、Ｂで示す領域に含まれるアンテナ素子数よりも多い。 An example will be described with reference to Figures 12 and 13. As shown in Figure 12, in one sub-Airly beam generating unit, an area indicated by A and an area indicated by B are shown. The size of the area indicated by A is larger than the size of the area indicated by B. In other words, the number of antenna elements included in the area indicated by A is greater than the number of antenna elements included in the area indicated by B.
　図１３は、図１２に示すエアリービーム生成部１４０を斜めから見た様子を示している。図１４に示すように、Ａの領域の複数アンテナ素子を選択した場合のほうが、Ｂの領域の複数アンテナ素子を選択した場合よりもエアリービームの曲がる度合いが大きくなる。Ｂの領域の複数アンテナ素子を選択した場合のほうが、より遠い位置にある受信装置にメインローブを届けることができる。 FIG. 13 shows the Airy beam generating unit 140 shown in FIG. 12 as viewed obliquely. As shown in FIG. 14, when multiple antenna elements in area A are selected, the degree of bending of the Airy beam is greater than when multiple antenna elements in area B are selected. When multiple antenna elements in area B are selected, the main lobe can be delivered to a receiving device located further away.
　つまり、エアリービーム生成部１４０において、エアリービームを生成させるための複数アンテナ素子の領域を調整することで、所望の受信装置２００の位置に電波が届くように、エアリービームの届く距離を調整することができる。 In other words, in the Airy beam generating unit 140, by adjusting the area of the multiple antenna elements for generating the Airy beam, it is possible to adjust the distance that the Airy beam reaches so that the radio waves reach the desired position of the receiving device 200.
１０　無線通信システム、１００　送信装置、１１０　ビーム方向角指定部、１２０　信号生成部、１３０　送信アンテナ、１３１　アンテナ、１４０　エアリービーム生成部、１４２　平面波生成レンズ、１４３　位相変調レンズ、１４４　フーリエ変換レンズ、２００　受信装置、２１０　受信部、２２０　受信強度測定部、２３０　フィードバック部 10 wireless communication system, 100 transmitting device, 110 beam direction angle designation unit, 120 signal generation unit, 130 transmitting antenna, 131 antenna, 140 Airy beam generation unit, 142 plane wave generating lens, 143 phase modulation lens, 144 Fourier transform lens, 200 receiving device, 210 receiving unit, 220 receiving intensity measurement unit, 230 feedback unit

Claims (4)

  1. 　指定されたビーム方向角を持つ無線信号を送信する送信アンテナと、
    　前記無線信号の位相を変化させることでエアリービームを生成するエアリービーム生成部と、
    　を備える送信装置。     a transmitting antenna for transmitting a radio signal having a specified beam direction angle;
    an Airy beam generating unit that generates an Airy beam by changing a phase of the radio signal;
    A transmitting device comprising:
  2. 　前記ビーム方向角は、受信側における前記エアリービームの受信強度に基づいて指定される、
    　請求項１に記載の送信装置。     The beam direction angle is specified based on the reception intensity of the Airy beam at the receiving side.
    The transmitting device according to claim 1 .
  3. 　前記エアリービーム生成部は、それぞれがエアリービームを生成する複数のサブエアリービーム生成部を備え、４以上の空間多重数による空間多重を行う、
    　請求項１又は２に記載の送信装置。     the Airy beam generating unit includes a plurality of sub-Airy beam generating units each of which generates an Airy beam, and performs spatial multiplexing with a spatial multiplexing number of 4 or more;
    3. A transmitting device according to claim 1 or 2.
  4. 　指定されたビーム方向角を持つ無線信号を送信し、
    　前記無線信号の位相を変化させることでエアリービームを生成する、
    　送信方法。     Transmits a radio signal with a specified beam direction angle,
    generating an Airy beam by varying the phase of the radio signal;
    Transmission method.
PCT/JP2022/048631 2022-12-28 Transmission device and transmission method WO2024142394A1 (en)

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