特許 7563488 無線通信システム、送信装置、受信装置、及び通信方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-30

(45)【発行日】2024-10-08

(54)【発明の名称】無線通信システム、送信装置、受信装置、及び通信方法

(51)【国際特許分類】

   H04J 99/00 20090101AFI20241001BHJP

【ＦＩ】

H04J99/00

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022572853

(86)(22)【出願日】2020-12-28

(86)【国際出願番号】 JP2020049213

(87)【国際公開番号】W WO2022145010

(87)【国際公開日】2022-07-07

【審査請求日】2023-03-13

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004381

【氏名又は名称】弁理士法人ＩＴＯＨ

(72)【発明者】

【氏名】李 斗煥

(72)【発明者】

【氏名】笹木 裕文

(72)【発明者】

【氏名】八木 康徳

(72)【発明者】

【氏名】山田 貴之

(72)【発明者】

【氏名】瀬本 智貴

(72)【発明者】

【氏名】増野 淳

【審査官】北村 智彦

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／０５９４０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－２１２６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】SUGANUMA, Hirofumi et al.，Inter-mode Interference Suppression Employing Even-numbered Modes for UCA-based OAM Multiplexing，2019 IEEE Globecom Workshops (GC Wkshps)，2019年12月

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｊ ９９／００

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

送信装置と受信装置とを備える無線通信システムであって、
前記送信装置が、複数のＯＡＭモードの信号を送信し、
前記受信装置が、前記複数のＯＡＭモードの信号を受信し、バトラー回路から出力される信号に基づいて、各ＯＡＭモードについてのＯＡＭモード間干渉に関する判定値を算出し、当該判定値と閾値とを比較することにより、前記複数のＯＡＭモードの中から１以上のＯＡＭモードを選択し、選択した１以上のＯＡＭモードを前記送信装置に通知し、
前記送信装置が、前記受信装置から通知された１以上のＯＡＭモードを用いて前記受信装置にデータを送信する無線通信システムであり、
前記受信装置は、前記バトラー回路を備え、特定のＯＡＭモードの信号を受信した場合に、前記バトラー回路における前記特定のＯＡＭモードに対応する出力ポート以外の出力ポートから出力される信号の信号強度を測定し、前記信号強度を前記特定のＯＡＭモードに対する前記判定値として使用する
無線通信システム。

【請求項2】

周期的に、又は、予め定めたタイミングで、又は、前記受信装置から前記送信装置への要求に基づいて、
前記送信装置が、前記複数のＯＡＭモードの信号の送信を行い、前記受信装置が、前記判定値に基づく１以上のＯＡＭモードの選択を行う
請求項１に記載の無線通信システム。

【請求項3】

前記無線通信システムは、第１の受信装置と第２の受信装置を含み、前記送信装置は、前記第１の受信装置の位置における受信強度が弱くなるＯＡＭモードの信号を、前記第１の受信装置の存在位置と異なる位置に存在する前記第２の受信装置に対して送信する
請求項１又は２に記載の無線通信システム。

【請求項4】

送信装置と受信装置とを備える無線通信システムにおける前記送信装置であって、
複数のＯＡＭモードの信号を前記受信装置に送信する送信部と、
前記受信装置から、前記複数のＯＡＭモードの信号の受信に基づいて選択された１以上のＯＡＭモードの識別情報を受信し、前記１以上のＯＡＭモードを用いてデータ送信を行うよう前記送信部に指示する制御部と、を備え、
前記無線通信システムは、第１の受信装置と第２の受信装置を含み、前記送信部は、前記第１の受信装置の位置における受信強度が弱くなるＯＡＭモードの信号を、前記第１の受信装置の存在位置と異なる位置に存在する前記第２の受信装置に対して送信する
送信装置。

【請求項5】

送信装置と受信装置とを備える無線通信システムにおける前記受信装置であって、
前記送信装置から、複数のＯＡＭモードの信号を受信する受信部と、
バトラー回路から出力される信号に基づいて、各ＯＡＭモードについてのＯＡＭモード間干渉に関する判定値を算出し、当該判定値と閾値とを比較することにより、前記複数のＯＡＭモードの中から１以上のＯＡＭモードを選択し、選択した１以上のＯＡＭモードを前記送信装置に通知する制御部とを備え、
前記受信部は、前記バトラー回路を備え、特定のＯＡＭモードの信号を受信した場合に、前記バトラー回路における前記特定のＯＡＭモードに対応する出力ポート以外の出力ポートから出力される信号の信号強度を測定し、
前記制御部は、前記信号強度を前記特定のＯＡＭモードに対する判定値として使用する
受信装置。

【請求項6】

送信装置と受信装置とを備える無線通信システムにおける通信方法であって、
前記送信装置が、複数のＯＡＭモードの信号を送信し、
前記受信装置が、前記複数のＯＡＭモードの信号を受信し、バトラー回路から出力される信号に基づいて、各ＯＡＭモードについてのＯＡＭモード間干渉に関する判定値を算出し、当該判定値と閾値とを比較することにより、前記複数のＯＡＭモードの中から１以上のＯＡＭモードを選択し、選択した１以上のＯＡＭモードを前記送信装置に通知し、
前記送信装置が、前記受信装置から通知された１以上のＯＡＭモードを用いて前記受信装置にデータを送信する通信方法であり、
前記受信装置は、前記バトラー回路を備え、特定のＯＡＭモードの信号を受信した場合に、前記バトラー回路における前記特定のＯＡＭモードに対応する出力ポート以外の出力ポートから出力される信号の信号強度を測定し、前記信号強度を前記特定のＯＡＭモードに対する前記判定値として使用する
通信方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電磁波の軌道角運動量（Orbital Angular Momentum：ＯＡＭ）を用いて無線信号を空間多重伝送する技術に関連するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、伝送容量向上のため、ＯＡＭを用いた無線信号の空間多重伝送技術の検討が進められている。（例えば、非特許文献１）。ＯＡＭを持つ電磁波は、伝搬軸を中心に伝搬方向にそって等位相面がらせん状に分布する。異なるＯＡＭモードを持ち、同一方向に伝搬する電磁波は、回転軸方向において空間位相分布が直交するため、異なる信号系列で変調された各ＯＡＭモードの信号を受信装置において分離することにより、信号を多重伝送することが可能である。

【0003】

このＯＡＭ多重技術を用いた無線通信システムでは、複数のアンテナ素子を等間隔に円形配置した等間隔円形アレーアンテナ（以下、ＵＣＡ（Uniform Circular Array）と称する。）を用い、複数のＯＡＭモードを生成・合成して送信することにより、異なる信号系列の空間多重伝送を実現できる（例えば、非特許文献２）。複数のＯＡＭモードの信号生成及び信号分離には、例えば、バトラー回路（バトラーマトリクス回路）が使用される。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【文献】J. Wang et al., "Terabit free-space data transmission employing orbital angular momentum multiplexing, "Nature Photonics, Vol.6, pp.488-496, July 2012.

【文献】Y. Yan et al., "High-capacity millimeter-wave communications with orbital angular momentum multiplexing, "Nature Commun., vol.5, p.4876, Sep. 2014.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のように、ＵＣＡを用いた送信装置と受信装置により、大容量の通信が可能になるが、今後は、移動通信への対応が望まれている。

【0006】

しかし、ＵＣＡを用いた従来の無線伝送技術では、複数のＯＡＭモードの信号をモード間の干渉なく分離するために、送信アンテナと受信アンテナを正面で対向する位置に設置する必要があり、軸合わせが必要である。例えば受信装置として移動端末を使用した場合に、送信装置（基地局）の送信アンテナと受信装置（移動端末）の受信アンテナとの間の軸がずれる結果、受信装置においてＯＡＭモード間で干渉が生じる場合がある。

【0007】

受信装置においてＯＡＭモード間干渉が生じると、干渉した信号を分離するための演算が必要となる。信号分離のための演算量は、帯域幅に比例して増加するため、広い帯域幅を使うほど演算量が増大し、広帯域化が困難となる。

【0008】

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ＵＣＡを用いた無線伝送技術において、受信側におけるＯＡＭモード間干渉を低減することを可能とする技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

開示の技術によれば、送信装置と受信装置とを備える無線通信システムであって、
前記送信装置が、複数のＯＡＭモードの信号を送信し、
前記受信装置が、前記複数のＯＡＭモードの信号を受信し、バトラー回路から出力される信号に基づいて、各ＯＡＭモードについてのＯＡＭモード間干渉に関する判定値を算出し、当該判定値と閾値とを比較することにより、前記複数のＯＡＭモードの中から１以上のＯＡＭモードを選択し、選択した１以上のＯＡＭモードを前記送信装置に通知し、
前記送信装置が、前記受信装置から通知された１以上のＯＡＭモードを用いて前記受信装置にデータを送信する無線通信システムであり、
前記受信装置は、前記バトラー回路を備え、特定のＯＡＭモードの信号を受信した場合に、前記バトラー回路における前記特定のＯＡＭモードに対応する出力ポート以外の出力ポートから出力される信号の信号強度を測定し、前記信号強度を前記特定のＯＡＭモードに対する前記判定値として使用する
無線通信システムが提供される。

【発明の効果】

【0010】

開示の技術によれば、ＵＣＡを用いた無線伝送技術において、受信側におけるＯＡＭモード間干渉を低減することを可能とする技術が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】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2】ＯＡＭ多重信号の位相分布と信号強度分布の例を示す図である。

【図3】本発明の実施の形態における通信システムの構成図である。

【図4】処理の流れを示すシーケンス図である。

【図5】本発明の実施の形態における送信装置の構成例を示す図である。

【図6】バトラー回路とアンテナ素子との接続構成例を示す図である。

【図7】本発明の実施の形態における受信装置の構成例を示す図である。

【図8】バトラー回路とアンテナ素子との接続構成例を示す図である。

【図9】アンテナからの距離と受信強度との関係の例を示す図である。

【図10】送信装置と受信装置を上から見た場合の図である。

【図11】複数のＵＣＡを有するアンテナの例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態（本実施の形態）を説明する。以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。

【0013】

（基本的な動作例）
まず、本実施の形態における送信装置及び受信装置において使用するＵＣＡに係る基本的な設定・動作例について説明する。

【0014】

図１は、ＯＡＭモードの信号を生成するためのＵＣＡの位相設定例を示す。図１に示すＵＣＡは、８つのアンテナ素子からなるＵＣＡである。

【0015】

図１において、送信側におけるＯＡＭモード０，１，２，３，…の信号は、ＵＣＡの各アンテナ素子（●で示す）に供給される信号の位相差により生成される。すなわち、ＯＡＭモードｎの信号は、位相がｎ回転（ｎ×３６０度）になるように各アンテナ素子に供給する信号の位相を設定して生成する。例えば、図１に示すようにＵＣＡがｍ＝８個のアンテナ素子で構成される場合で、ＯＡＭモードｎ＝２の信号を生成する場合は、図１（３）に示すように、位相が２回転するように、各アンテナ素子に反時計回りに３６０ｎ／ｍ＝９０度の位相差（０度，９０度，１８０度，２７０度，０度，９０度，１８０度，２７０度）を設定する。

【0016】

なお、ＯＡＭモードｎの信号に対して位相の回転方向を逆にした信号をＯＡＭモード－ｎとする。例えば、正のＯＡＭモードの信号の位相の回転方向を反時計回りとし、負のＯＡＭモードの信号の位相の回転方向を時計回りとする。

【0017】

異なる信号系列を異なるＯＡＭモードの信号として生成し、生成した信号を同時に送信することで、空間多重による無線通信を行うことができる。送信側では、各ＯＡＭモードで伝送する信号を予め生成・合成し、単一ＵＣＡで各ＯＡＭモードの合成信号を送信してもよいし、複数のＵＣＡを用いて、ＯＡＭモード毎に異なるＵＣＡで各ＯＡＭモードの信号を送信してもよい。

【0018】

受信側でＯＡＭ多重信号を分離するためには、受信側のＵＣＡの各アンテナ素子の位相を、送信側のアンテナ素子の位相と逆方向になるように設定すればよい。

【0019】

ただし、送信アンテナと受信アンテナとの間の軸ずれ等により、ＯＡＭモード間で干渉が生じた場合、チャネル等化処理や逐次干渉除去処理等のデジタル信号処理により、干渉で混ざったＯＡＭモード間の信号を分離することが必要になる。なお、ＯＡＭモード間の干渉とは、例えば、送信装置からＯＡＭモード１で送信した信号が、受信側でＯＡＭモード２の信号として出力されるといったことである。

【0020】

図２は、ＯＡＭ多重信号の位相分布と信号強度分布の例を示す。図２（１），（２）において、送信側から伝搬方向に直交する端面（伝搬直交平面）で見た、ＯＡＭモード１とＯＡＭモード２の信号の位相分布を矢印で表す。矢印の始めは０度であり、位相が線形に変化して矢印の終わりは３６０度である。すなわち、ＯＡＭモードｎの信号は、伝搬直交平面において、位相がｎ回転（ｎ×３６０度）しながら伝搬する。なお、ＯＡＭモード－１，－２の信号の位相分布の矢印は逆向きになる。

【0021】

各ＯＡＭモードの信号は、ＯＡＭモード毎に信号強度分布と信号強度が最大になる位置が異なる。ただし、符号が異なる同じＯＡＭモードの強度分布は同じである。具体的には、ＯＡＭモードが高次になるほど、信号強度が最大になる位置が伝搬軸から遠くなる（非特許文献２）。ここで、ＯＡＭモードの値が大きい方を高次モードと称する。例えば、ＯＡＭモード３の信号は、ＯＡＭモード０、ＯＡＭモード１、ＯＡＭモード２の信号より、高次モードである。

【0022】

図２（３）は、ＯＡＭモードごとに信号強度が最大になる位置を円環で示すが、ＯＡＭモードが高次になるほど信号強度が最大になる位置が中心軸から遠くなり、かつ伝搬距離に応じてＯＡＭモード多重信号のビーム径が広がり、ＯＡＭモードごとに信号強度が最大になる位置を示す円環が大きくなる。

【0023】

（本発明の実施の形態の概要）
前述したとおり、ＵＣＡを用いた送信装置と受信装置により、大容量の通信が可能になるが、今後は、移動通信への対応が望まれている。しかし、例えば受信装置として移動端末を使用した場合に、送信装置（基地局）の送信アンテナと受信装置（移動端末）の受信アンテナとの間の軸がずれる結果、受信装置においてＯＡＭモード間で干渉が生じる場合がある。

【0024】

受信装置においてＯＡＭモード間干渉が生じると、前述したように、デジタル信号処理により干渉した信号を分離するための演算が必要となる。このための演算量は、帯域幅に比例して増加するため、広い帯域幅を使うほど演算量が多くなる。受信装置として移動端末を使用することを想定した場合、能力が限られている移動端末において、ＯＡＭモード間の信号分離のための演算量が増加することは望ましくない。

【0025】

そこで、本実施の形態では、受信装置から送信装置に対して、干渉量の低いＯＡＭモードをフィードバックすることで、送信装置は干渉量の低いＯＡＭモードのみを使用してデータ送信を行う。これにより、受信装置におけるＯＡＭモード間の信号分離のためのデジタル信号処理に係る演算量を低減する、あるいは、無くすことができる。その結果、広帯域化も可能となる。

【0026】

以下、本実施の形態におけるシステム構成と、動作について詳細に説明する。

【0027】

（システム構成）
図３に、本実施の形態における無線通信システムの構成例を示す。図３に示すように、本実施の形態における無線通信システムは、送信装置１００と受信装置２００を有する。

【0028】

送信装置１００と受信装置２００は、それぞれＵＣＡとバトラー回路を備えている。所望データの送受信において、送信装置１００は、１以上のＯＡＭモードの信号を多重して送信し、受信装置２００は、送信装置１００から送信された１以上のＯＡＭモードが多重された信号を受信し、各ＯＡＭモードの信号を分離する。

【0029】

本実施の形態では、送信装置１００は移動しない基地局であり、受信装置２００は移動端末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。例えば、送信装置１００と受信装置２００が両方とも移動しない基地局であってもよいし、送信装置１００と受信装置２００が両方とも移動端末であってもよい。

【0030】

（システムの動作例）
図４を参照して、本実施の形態における無線通信システムの動作例を説明する。

【0031】

Ｓ１０１において、送信装置１００は、データ通信において使用する候補となる複数のＯＡＭモードで信号（例：直交信号系列）を受信装置２００に送信する。

【0032】

Ｓ１０２において、受信装置２００は、各ＯＡＭモードの信号の干渉量を計算し、干渉量が所定の閾値よりも低い１以上のＯＡＭモードを選択する。

【0033】

Ｓ１０３において、受信装置２００は、Ｓ１０２で選択したＯＡＭモードの識別情報（インデックス）を送信装置１００にフィードバックする。なお、フィードバックの送受信等の制御のための通信については、ある１つのＯＡＭモードを使用することでＵＣＡを用いて行ってもよいし、送信装置１００と受信装置２００のそれぞれにＵＣＡとは別に制御通信用のアンテナを設け、そのアンテナを用いて行うこととしてもよい。

【0034】

Ｓ１０４において、送信装置１００は、Ｓ１０３で受信装置２００からフィードバックされた１以上のＯＡＭモードを使用してデータ送信を行う。受信装置２００は、干渉量の小さいＯＡＭモードの信号を受信するので、デジタル信号処理での信号分離処理を行うことなく（あるいは信号分離処理に係る演算量を低減して）所望のデータを受信することができる。

【0035】

Ｓ１０１～Ｓ１０３の処理は、予め定めた周期で実行してもよいし、予め定めたタイミングで実行してもよい。また、Ｓ１０１～Ｓ１０３の処理は、受信装置２００から送信装置１００に対して要求があった場合に実行してもよい。

【0036】

また、データ送受信の中で、受信装置２００が送信装置１００に対して受信品質の報告を周期的に行うこととし、送信装置１００が、当該受信品質が閾値よりも低下したことを検知した場合に、Ｓ１０１～Ｓ１０３の処理を実行してもよい。

【0037】

なお、上記の例では「干渉量」をＯＡＭモード選択のための指標に使用している。つまり、各ＯＡＭモードの信号の品質の悪さに関する指標を使用している。しかし、これは一例である。「干渉量」ではなく、各ＯＡＭモードの信号の品質の良さの指標（例：受信品質）を用いて、使用するＯＡＭモードを選択してもよい。この場合、例えば、受信品質が閾値よりも大きなＯＡＭモードを選択することになる。

【0038】

なお、「干渉量」や「受信品質」等、閾値と比較する対象となる指標値を「ＯＡＭモード間干渉に関する判定値」と呼んでもよい。

【0039】

また、上記の各閾値については、例えば、受信装置２００においてデジタル信号処理での信号分離処理を行わなくても要求受信品質を満たすような閾値を、実験あるいはシミュレーションで決定する。また、デジタル信号処理での信号分離処理の演算量の上限値以下の信号分離処理で要求受信品質を満たすような閾値を、実験あるいはシミュレーションで決定することとしてもよい。

【0040】

Ｓ１０１の信号送信とＳ１０２のＯＡＭモード選択には種々のバリエーションがある。以下、例１、例２、例３を説明する。なお、例１～３に限定されるわけではなく、これら以外の方法を用いてもよい。

【0041】

＜例１＞
まず、例１を説明する。Ｓ１０１において、送信装置１００は、使用候補になっている複数のＯＡＭモードのそれぞれで別々に（同時ではなく異なるタイミングで）信号を受信装置２００に送信する。例えば、複数のＯＡＭモードが、１、－１、２、－２の４つであるとすると、送信装置１００は、ＯＡＭモード１の信号、ＯＡＭモード－１の信号、ＯＡＭモード２の信号、ＯＡＭモード－２の信号のそれぞれを受信装置２００に送信する。

【0042】

後述するように、受信装置２００におけるバトラー回路は複数の出力ポートを有しており、１つの出力ポートが１つのＯＡＭモードに対応している。

【0043】

上記のように４つのＯＡＭモードを使用する場合、干渉がない状態において、例えば、受信装置２００におけるバトラー回路の出力ポート＃１からＯＡＭモード１の信号（ＯＡＭモード１の電波で伝送された信号）が出力され、出力ポート＃２からＯＡＭモード－１の信号が出力され、出力ポート＃３からＯＡＭモード２の信号が出力され、出力ポート＃４からＯＡＭモード－２の信号が出力されるものとする。

【0044】

干渉がある場合、例えば、出力ポート＃１以外の出力ポートからもＯＡＭモード１の信号が出力されることになる。

【0045】

そこで、例１では、あるＯＡＭモードの干渉量を、受信装置２００のバトラー回路における、当該ＯＡＭモードに対応する出力ポート以外の１以上の出力ポートから出力される信号強度（受信電力）の合計とする。

【0046】

Ｓ１０２において、受信装置２００は、上記のようにして測定（算出）した各ＯＡＭモードの干渉量を閾値と比較して、閾値未満（閾値以下でもよい）となるＯＡＭモードを選択する。

【0047】

＜例２＞
次に、例２を説明する。Ｓ１０１において、送信装置１００は、使用候補になっている複数のＯＡＭモードの信号を多重した信号を受信装置２００に送信する。例えば、複数のＯＡＭモードが、１、－１、２、－２の４つであるとすると、送信装置１００は、ＯＡＭモード１の信号、ＯＡＭモード－１の信号、ＯＡＭモード２の信号、ＯＡＭモード－２の信号を多重した信号を受信装置２００に送信する。

【0048】

例１で使用したバトラー回路の例を用いて説明する。上記のように４つのＯＡＭモードを使用する場合、干渉がない状態において、受信装置２００におけるバトラー回路の出力ポート＃１からＯＡＭモード１の信号が出力され、出力ポート＃２からＯＡＭモード－１の信号が出力され、出力ポート＃３からＯＡＭモード２の信号が出力され、出力ポート＃４からＯＡＭモード－２の信号が出力される。

【0049】

干渉がある場合、各出力ポートから、複数のＯＡＭモードの信号が混在した信号が出力される。例えば、出力ポート＃１から、ＯＡＭモード１の信号とＯＭＡモード２の信号が含まれる信号が出力される。

【0050】

そこで、例２では、Ｓ１０２において、受信装置２００のバトラー回路の各出力ポートから出力される信号の受信品質を測定し、測定した受信品質と閾値とを比較して、閾値より大きい（閾値以上でもよい）ＯＡＭモードを選択する。

【0051】

上記の受信品質は例えばＳＮＲ（信号対雑音比）である。例えば、ＯＡＭモード１に対応する出力ポート＃１から出力される信号の中のＯＡＭモード１の信号強度とＯＡＭモード１以外の信号強度（雑音強度）を測定し、これらの比を計算することでＯＡＭモード１のＳＮＲを算出する。

【0052】

＜例３＞
次に、例３を説明する。Ｓ１０１において、送信装置１００は、使用候補になっている複数のＯＡＭモードの信号を多重した信号を受信装置２００に送信する。例えば、複数のＯＡＭモードが、１、－１、２、－２の４つであるとすると、送信装置１００は、ＯＡＭモード１の信号、ＯＡＭモード－１の信号、ＯＡＭモード２の信号、ＯＡＭモード－２の信号を多重した信号を受信装置２００に送信する。例３では、ＯＡＭモード１の信号、ＯＡＭモード－１の信号、ＯＡＭモード２の信号、ＯＡＭモード－２の信号が、それぞれ異なる既知のビット列を伝送しているものとする。

【0053】

例１で使用したバトラー回路の例を用いて説明する。上記のように４つのＯＡＭモードを使用する場合、干渉がない状態において、受信装置２００におけるバトラー回路の出力ポート＃１からＯＡＭモード１の信号が出力され、出力ポート＃２からＯＡＭモード－１の信号が出力され、出力ポート＃３からＯＡＭモード２の信号が出力され、出力ポート＃４からＯＡＭモード－２の信号が出力される。干渉がなければ、それぞれの出力ポートから出力された信号を復調することで、各ＯＡＭモードにおいて送信されたビット列をエラー無しに得ることができるものとする。

【0054】

干渉がある場合、各出力ポートから、複数のＯＡＭモードの信号が混在した信号が出力されるため、復調して得たビット列にはエラー（既知のビットと異なるビット）が含まれる。

【0055】

そこで、例３では、Ｓ１０２において、受信装置２００のバトラー回路の各出力ポートから出力される信号を復調して得られたビット列におけるＢＥＲ（ｂｉｔ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ）を計算し、これを干渉量として使用する。

【0056】

受信装置２００は、上記のようにして測定（算出）した各ＯＡＭモードの干渉量を閾値と比較して、閾値未満（閾値以下でもよい）となるＯＡＭモードを選択する。

【0057】

（装置構成例）
次に、送信装置１００と受信装置２００の装置構成例を説明する。

【0058】

＜送信装置１００＞
まず、送信装置１００について説明する。図５は、本実施の形態における送信装置１００の構成例を示す図である。図５に示すように、送信装置１００は、ＵＣＡ１１０、ＯＡＭモード生成部１２０、信号処理部１３０、制御部１４０を有する。なお、「ＵＣＡ１１０、ＯＡＭモード生成部１２０、信号処理部１３０」を送信部と呼んでもよい。

【0059】

信号処理部１３０は、入力されたデータから、搬送波に乗せて送信するデジタル信号を生成し、デジタル信号をアナログ信号に変換（デジタル－アナログ変換）し、アナログ信号の周波数を搬送波の周波数帯（例：２８ＧＨｚ帯）に変換する。信号処理部１３０は、生成したアナログ信号をＯＡＭモード生成部１２０（バトラー回路）に入力する。

【0060】

本実施の形態では、制御部１４０が、受信装置２００からフィードバックを受信し、そのフィードバックで指定されたＯＡＭモードで送信する信号を生成するよう、信号処理部１３０に指示する。

【0061】

例えば、信号処理部１３０は、制御部１４０からＯＡＭモード１とＯＡＭモード２の信号を生成するよう指示を受けると、それらの信号を生成し、ＯＡＭモード１の信号（ＯＡＭモード１の電波で伝送する信号）を、ＯＡＭモード生成部１２０（バトラー回路）のＯＡＭモード１に対応する入力ポートに入力し、ＯＡＭモード２の信号（ＯＡＭモード２の電波で伝送する信号）を、ＯＡＭモード生成部１２０（バトラー回路）のＯＡＭモード２に対応する入力ポートに入力する。

【0062】

上記のとおり、ＯＡＭモード生成部１２０は、バトラー回路である。ＯＡＭモード生成部１２０（バトラー回路）と、ＵＣＡ１１０との接続構成例を図６に示す。図６に示す例でのＵＣＡ１１０は、８個のアンテナ素子＃１～＃８が円形状に配置されたアンテナである。

【0063】

また、図６は、バトラー回路が、Ｎ個の入力ポートを有していることを示している。基本的には、出力ポート数が、Ｎの最大数であり、図６の例のように、８個の出力ポートを有する場合、Ｎの最大数は８である。なお、「ポート」を「端子」と呼んでもよい。

【0064】

図６のように、ＵＣＡとバトラー回路をそれぞれ１つずつ備えることや、アンテナ素子数が８個であること等は一例である。ＵＣＡとバトラー回路はそれぞれ複数であってもよい。ＵＣＡ１１０のアンテナ素子数は、８個よりも多くてもよいし、少なくてもよい。

【0065】

図６には、一例として、入力ポートＡに、ＯＡＭモード１で送信しようとする信号が入力され、入力ポートＢにＯＡＭモード－１で送信しようとする信号が入力されることを示している。Ｎ個の入力ポートのうち、入力ポートＡと入力ポートＢ以外の入力ポートは、ＯＡＭモード１と－１以外のＯＡＭモードに対応している。

【0066】

入力ポートＡからの入力に対して、各出力ポートから反時計回りに４５°（３６０°／８）ずつの位相差を持った信号が出力され、入力ポートＢからの入力に対して、各出力ポートから反時計回りに－４５°ずつの位相差を持った信号が出力される。つまり、入力ポートＡと入力ポートＢの両方に入力がある場合、各出力ポートから異なる位相を持つ２つの信号が合波（多重）された信号が出力される。

【0067】

具体的には、ＵＣＡ１１０において、便宜上、アンテナ素子＃１を基準（位相０°）とすると、ＵＣＡ１１０の各アンテナ素子からは、下記の位相を持った２つの信号が合波された信号が出力される。

【0068】

アンテナ素子＃１＝（０°，０°）、アンテナ素子＃２＝（４５°，－４５°）、アンテナ素子＃３＝（９０°，－９０°）、アンテナ素子＃４＝（１３５°，－１３５°）、アンテナ素子＃５＝（１８０°，－１８０°）、アンテナ素子＃６＝（２２５°，－２２５°）、アンテナ素子＃７＝（２７０°，－２７０°）、アンテナ素子＃８＝（３１５°，－３１５°）。

【0069】

図６の例では、ＯＡＭモード生成部１２０（バトラー回路）の出力ポートＪが、ＵＣＡ１１０のアンテナ素子＃１に接続され、出力ポートＩが、ＵＣＡ１１０のアンテナ素子＃２に接続され、出力ポートＨが、ＵＣＡ１１０のアンテナ素子＃３に接続され、出力ポートＧが、ＵＣＡ１１０のアンテナ素子＃４に接続され、出力ポートＦが、ＵＣＡ１１０のアンテナ素子＃５に接続され、出力ポートＥが、ＵＣＡ１１０のアンテナ素子＃６に接続され、出力ポートＤが、ＵＣＡ１１０のアンテナ素子＃７に接続され、出力ポートＣが、ＵＣＡ１１０のアンテナ素子＃８に接続される。なお、図示の便宜上、図６では、出力ポートＪのみの接続を示している。各出力ポートから出力された信号は、接続されるアンテナ素子に供給され、アンテナ素子から電波として出力される。

【0070】

制御部１４０は、図４に示したＳ１０１～Ｓ１０３の処理を実行するトリガ（例：周期の到来、受信装置２００からの要求等）を検知すると、複数のＯＡＭモードの信号送信を行うよう信号処理部１３０に対して指示する。これによりＳ１０１の信号送信がなされる。

【0071】

制御部１２０は、Ｓ１０３のフィードバックを受信すると、信号処理部１３０に対して、フィードバックで指示されたＯＡＭモードの信号をＯＡＭモード生成部１２０（バトラー回路）の対応する入力ポートに入力するよう指示する。

【0072】

＜受信装置２００＞
次に、受信装置２００について説明する。図７は、本実施の形態における受信装置２００の構成例を示す図である。図７に示すように、受信装置２００は、ＵＣＡ２１０、ＯＡＭモード分離部２２０、信号処理部２３０、制御部２４０を有する。なお、「ＵＣＡ２１０、ＯＡＭモード分離部２２０、信号処理部２３０」を受信部と呼んでもよい。

【0073】

ＯＡＭモード分離部２２０は、バトラー回路を有する。また、ＯＡＭモード分離部２２０は、バトラー回路の各出力ポートから出力される信号強度（又はＳＮＲ）を測定する測定部２２１を含む。

【0074】

図４に示したＳ１０１、Ｓ１０２において、測定部２２１が各出力ポートから出力される信号強度（又はＳＮＲ）を測定し、測定結果を制御部２４０に通知し、制御部２４０は、各ＯＡＭモードの干渉量（又は受信品質）を算出する。制御部２４０は、各ＯＡＭモードの干渉量（又は受信品質）に基づいて、ＯＡＭモードを選択し、選択したＯＡＭモードを送信装置１００にフィードバックする。

【0075】

ＯＡＭモード分離部２２０（バトラー回路）と、ＵＣＡ２１０との接続構成例を図８に示す。図８に示す例でのＵＣＡ２１０は、８個のアンテナ素子＃１～＃８が円形状に配置されたアンテナである。

【0076】

また、図８に示すバトラー回路は、送信装置１００におけるバトラー回路の入力と出力を逆にしたものに相当する。

【0077】

図８に示すように、当該バトラー回路はＮ個の出力ポートを有している。図７のように、ＵＣＡとバトラー回路をそれぞれ１つずつ備えることや、アンテナ素子数が８個であること等は一例である。ＵＣＡとバトラー回路はそれぞれ複数であってもよい。ＵＣＡ２１０のアンテナ素子数は、８個よりも多くてもよいし、少なくてもよい。

【0078】

図８は、一例として、出力ポートＡからＯＡＭモード１の信号が出力され、出力ポートＢからＯＡＭモード－１の信号が出力されることを示している。Ｎ個の出力ポートのうち、出力ポートＡと出力ポートＢ以外の出力ポートは、ＯＡＭモード１と－１以外のＯＡＭモードに対応している。

【0079】

ＵＣＡ２１０の各アンテナ素子とＯＡＭモード分離部２２０（バトラー回路）の各入力ポートは図示のように接続される（図示の便宜上、＃７のみ接続線を描いている）。バトラー回路内では、送信側のバトラー回路とは逆の位相変換等が行われることで、各出力ポートから、その出力ポートに対応したＯＡＭモードの信号が出力される。

【0080】

図７に示す信号処理部２３０は、ＯＡＭモード分離部２２０（バトラー回路）から受信したアナログ信号をデジタル信号に変換（アナログ－デジタル変換）し、復調を行って、データ（ビット列）を生成し、出力する。また、信号処理部２３０はデジタル信号処理による信号分離処理を行う。なお、信号分離の必要はない場合には、信号分離処理を行わなくてもよい。

【0081】

前述した干渉量の測定において、ＢＥＲを使用する場合には、信号処理部２３０は、ＯＡＭモード分離部２２０（バトラー回路）の各出力ポートから受信した信号から得られたビット列からＢＥＲを測定し、測定結果を制御部２４０に通知する。

【0082】

制御部２４０は、図４のＳ１０３で送信装置１００に対して指示したＯＡＭモードの信号のみを、ＯＡＭモード分離部２２０（バトラー回路）の対応する出力ポートから受信するよう信号処理部２３０に指示する。信号処理部２３０は、当該出力ポートから受信する信号を用いて、復調処理等を行う。

【0083】

（複数の受信装置２００との通信について）
図２（３）に示したように、送信装置１００のＵＣＡから送信されたＯＡＭモードを持つ信号は、受信側の端面において、その強度が強くなる場所と弱くなる場所があり、その場所は、送信装置１００と受信装置２００との間の距離により異なる。また、この場所はＯＡＭモード毎に異なる。つまり、送信装置１００のＵＣＡから送信されるＯＡＭビーム（ＵＣＡから送信されるＯＡＭモードのビーム）は、送信装置１００と受信装置２００との間の距離に応じて、受信電力が弱くなったり強くなったりする場所があり、それはＯＡＭモード毎に異なる。

【0084】

図９に、送信装置１００のＵＣＡから受信装置２００までの距離と、受信強度との関係の例を示す。図９の横軸は、送信装置１００のＵＣＡから受信装置２００までの距離を示し、縦軸は、受信装置２００の位置における受信強度である。上記の距離は、例えば、ＵＣＡの面と垂直な方向の距離である。

【0085】

図９に示す例では、距離１の場所でＯＡＭモード１の受信強度が弱くなり、距離２の場所でＯＡＭモード２の受信強度が弱くなる。なお、本実施の形態において、ある場所（位置）での信号の強度（受信強度）が「弱い」とは、ある閾値よりも受信電力が低いことであってもよいし、他の場所（位置）での受信電力よりも受信電力が低いことであってもよい。また、ある場所（位置）での信号の強度（受信強度）が「強い」とは、ある閾値よりも受信電力が高いことであってもよいし、他の場所（位置）での受信電力よりも受信電力が高いことであってもよい。

【0086】

上記の特徴を用いて、送信装置１００と複数の受信装置２００との間で同時に通信を行うことができる。図１０を参照して通信の例を説明する。

【0087】

図１０は、送信装置１００と、受信装置２００－１と、受信装置２００－２とを上空から見た場合の２次元的な状況を示す図である。ここでは、送信装置１００のＵＣＡ１１０は、ビルの屋上等にあり、地面側に電波が届くような向きにアンテナが設置されていることを想定している。

【0088】

図１０の例では、Ａで示す点線の円の部分（場所）が、送信装置１００から送信されるＯＡＭモード１の信号の強度が弱くなる場所であるとする。なお、ここでは便宜上、ＯＡＭモード１の信号の強度が弱くなる場所を円形で示している。

【0089】

図１０に示すように、受信装置２００－２は、送信装置１００から送信されるＯＡＭモード１の信号の強度が弱くなる場所に位置している。また、受信装置２００－１は、送信装置１００から送信されるＯＡＭモード１の信号の強度が強くなる場所に位置している。

【0090】

例えば、送信装置１００の制御部１４０が、受信装置２００－１と受信装置２００－２それぞれの位置を把握することにより、図１０に示す状況（受信装置２００－１はＯＡＭモード１の受信強度が強、受信装置２００－２はＯＡＭモード１の受信強度が弱）を把握する。

【0091】

そして、制御部１４０の指示に基づいて、送信装置１００は、ＵＣＡ１１０からＯＡＭモード１で受信装置２００－１に対する信号を送信するとともに、他のＯＡＭモード（例えば、受信装置２００－１の位置で弱くなり、受信装置２００－２の位置で強くなるモード）で、受信装置２００－２に対する信号を送信する。受信装置２００－１は、送信装置１００から送信されたＯＡＭモード１の信号を干渉無しに受信でき、受信装置２００－２は、送信装置１００から送信された他のモードの信号を干渉無しに受信できる。

【0092】

上記の制御は、例えば、図４に示すフィードック制御を用いることにより行ってもよい。この場合、各受信装置２００は、Ｓ１０３において、干渉量の小さい（あるいは、受信品質の良い、あるいは、受信電力の高い）ＯＡＭモードを送信装置１００にフィードバックする。送信装置１００は、例えば、ＯＡＭモード１が受信装置２００－１に対して受信品質が良く、ＯＡＭモード２が受信装置２００－２に対して受信品質が良いことを把握すると、受信装置２００－１に対してＯＡＭモード１で信号を送信し、受信装置２００－２に対してＯＡＭモード２で信号を送信する。

【0093】

また、例えば、送信装置１００が、自身が送信可能な全てのＯＡＭモードの信号を送信し、各受信装置２００が、ＯＡＭモード毎の受信強度（受信電力、受信品質等でもよい）を送信装置１００にフィードバックしてもよい。この場合、送信装置１００は、例えば、受信装置２００－１に対して受信強度の弱いＯＡＭモードで受信装置２００－２に対して信号を送信し、受信装置２００－２に対して受信強度の弱いＯＡＭモードで受信装置２００－１に対して信号を送信する。これにより、ある受信装置に送信する信号により、他の受信装置への干渉を低減できる。

【0094】

図２（３）、図９を参照して説明した、ＯＡＭモードによる信号強度（電力）の分布の違いや、距離による信号強度（電力）の分布の違いは、送信装置１００のＵＣＡのサイズによっても違ってくる。

【0095】

例えば、送信装置１００が、図１１に示すように、複数の異なる直径を持つＵＣＡ＃１～＃３を備えるものとする。この場合、送信装置１００は、例えば、受信装置２００－ｘ及び受信装置２００－ｙと通信を行う場合において、受信装置２００－ｘの位置でＯＡＭモードの信号が弱くなる直径のＵＣＡから当該ＯＡＭモードで受信装置２００－ｙに対する信号を送信し、受信装置２００－ｙの位置でＯＡＭモードの信号が弱くなる直径のＵＣＡから当該ＯＡＭモードで受信装置２００－ｘに対する信号を送信する。このような制御についても、前述したフィードバック制御により可能である。

【0096】

例えば、図１０に示す例において、送信装置１００のＵＣＡ＃１～＃３のうち、ＵＣＡ＃２からＯＡＭモード１の信号を送信した場合に、図１０のＡで示す円形上の場所でＯＡＭモード１の受信強度が弱くなるとする。また、例えば、ＵＣＡ＃１からＯＡＭモード２の信号を送信した場合に、受信装置２００－１の場所でＯＡＭモード２の信号強度が弱くなるとする。

【0097】

この場合、送信装置１００は、制御部１４０の指示に基づいて、ＵＣＡ＃２からＯＡＭモード１で受信装置２００－１に対する信号を送信し、ＵＣＡ＃１からＯＡＭモード２で受信装置２００－２に対する信号を送信する。これにより、受信装置２００－１は、送信装置１００から送信されたＯＡＭモード１の信号を低い干渉で受信でき、受信装置２００－２は、送信装置１００から送信されたＯＡＭモード２の信号を低い干渉で受信できる。

【0098】

（受信装置２００の能力に応じた処理）
上記のように、ＯＡＭの強度がモード毎に、かつ、ＯＡＭアンテナのＵＣＡの直径により異なる特徴を用いて、受信装置２００への送信に使用するＯＡＭモードを、他の受信装置への干渉が少なくなるように選択する場合において、ある受信装置２００に対する信号を送信するためのＯＡＭモードとして、その受信装置２００の位置で強くなるＯＡＭモードを選択することが好ましいが必須ではない。受信装置２００の信号処理能力（干渉除去能力）に応じて、ＯＡＭモードを選択してもよい。

【0099】

例えば、図１０に示したような状況において、受信装置２００－１が、信号処理能力が低く、ｒｅａｌ ｔｉｍｅ処理等の素早い処理が必要であり、受信装置２００－２は、受信装置２００－１より信号処理能力が高く、干渉除去の信号処理に時間を掛けることができ、ｒｅａｌ ｔｉｍｅの要求が少ない場合を想定する。

【0100】

送信装置１００は、上記のような各受信装置の能力情報を事前に取得する。上記の場合において、送信装置１００は、制御部１４０による制御に基づいて、受信装置２００－１の位置で弱くなるＯＡＭモードを用いて信号を受信装置２００－２に送信することで、受信装置２００－２への信号が干渉として受信装置２００－１に届かないようにする。

【0101】

また、送信装置１００は、受信装置２００－１に対して、受信装置２００－１の位置で強くなるＯＡＭモードを使用して信号を送信する。この場合、受信装置２００－２には、受信装置２００－１へ送信するＯＡＭモードの信号による干渉が生じるが、受信装置２００－２は、ｏｖｅｒｌｏａｄｅｄ ＭＩＭＯの干渉除去法などの従来の干渉除去方法を用いて、受信装置２００－２自身への信号のみを取得することができる。

【0102】

一方、受信装置２００－１は、受信装置２００－２向けに送信されるＯＡＭモードからの干渉が少ないので、その干渉除去処理を行うことなく、受信装置２００－１自身への信号を取得できる。

【0103】

（実施の形態の効果）
以上説明した本実施の形態に係る技術により、受信装置においてＯＡＭモード間の信号分離処理を不要とする、あるいは低減することができる。そのため、特に能力の低い移動端末を受信装置として使用する場合において、移動端末でのＯＡＭモード多重信号の受信及び広帯域化が可能となる。

【0104】

（実施の形態のまとめ）
本明細書には、少なくとも下記の各項に記載した無線通信システム、送信装置、受信装置、及び通信方法が記載されている。
（第１項）
送信装置と受信装置とを備える無線通信システムであって、
前記送信装置が、複数のＯＡＭモードの信号を送信し、
前記受信装置が、前記複数のＯＡＭモードの信号を受信し、各ＯＡＭモードについてのＯＡＭモード間干渉に関する判定値を算出し、当該判定値と閾値とを比較することにより、前記複数のＯＡＭモードの中から１以上のＯＡＭモードを選択し、選択した１以上のＯＡＭモードを前記送信装置に通知し、
前記送信装置が、前記受信装置から通知された１以上のＯＡＭモードを用いて前記受信装置にデータを送信する
無線通信システム。
（第２項）
周期的に、又は、予め定めたタイミングで、又は、前記受信装置から前記送信装置への要求に基づいて、
前記送信装置が、前記複数のＯＡＭモードの信号の送信を行い、前記受信装置が、前記判定値に基づく１以上のＯＡＭモードの選択を行う
第１項に記載の無線通信システム。
（第３項）
前記無線通信システムは、第１の受信装置と第２の受信装置を含み、前記送信装置は、前記第１の受信装置の位置における受信強度が弱くなるＯＡＭモードの信号を、前記第１の受信装置の存在位置と異なる位置に存在する前記第２の受信装置に対して送信する
第１項又は第２項に記載の無線通信システム。
（第４項）
送信装置と受信装置とを備える無線通信システムにおける前記送信装置であって、
複数のＯＡＭモードの信号を前記受信装置に送信する送信部と、
前記受信装置から、前記複数のＯＡＭモードの信号の受信に基づいて選択された１以上のＯＡＭモードの識別情報を受信し、前記１以上のＯＡＭモードを用いてデータ送信を行うよう前記送信部に指示する制御部と
を備える送信装置。
（第５項）
送信装置と受信装置とを備える無線通信システムにおける前記受信装置であって、
前記送信装置から、複数のＯＡＭモードの信号を受信する受信部と、
前記複数のＯＡＭモードの信号に基づいて、各ＯＡＭモードについてのＯＡＭモード間干渉に関する判定値を算出し、当該判定値と閾値とを比較することにより、前記複数のＯＡＭモードの中から１以上のＯＡＭモードを選択し、選択した１以上のＯＡＭモードを前記送信装置に通知する制御部と
を備える受信装置。
（第６項）
前記受信部は、バトラー回路を備え、特定のＯＡＭモードの信号を受信した場合に、前記バトラー回路における前記特定のＯＡＭモードに対応する出力ポート以外の出力ポートから出力される信号の信号強度を測定し、
前記制御部は、前記信号強度を前記特定のＯＡＭモードに対する判定値として使用する
第５項に記載の受信装置。
（第７項）
前記受信部は、バトラー回路を備え、前記バトラー回路から出力される各ＯＡＭモードの信号を復調して得られるデータのエラー率を算出し、
前記制御部は、前記エラー率を各ＯＡＭモードに対する前記判定値として使用する
第５項に記載の受信装置。
（第８項）
前記制御部は、ＯＡＭモード間干渉が閾値よりも小さいことを示す判定値を持つ各ＯＡＭモードを選択する
第５項ないし第７項のうちいずれか１項に記載の受信装置。
（第９項）
送信装置と受信装置とを備える無線通信システムにおける通信方法であって、
前記送信装置が、複数のＯＡＭモードの信号を送信し、
前記受信装置が、前記複数のＯＡＭモードの信号を受信し、各ＯＡＭモードについてのＯＡＭモード間干渉に関する判定値を算出し、当該判定値と閾値とを比較することにより、前記複数のＯＡＭモードの中から１以上のＯＡＭモードを選択し、選択した１以上のＯＡＭモードを前記送信装置に通知し、
前記送信装置が、前記受信装置から通知された１以上のＯＡＭモードを用いて前記受信装置にデータを送信する
通信方法。

【0105】

以上、本実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0106】

１００ 送信装置
１１０ ＵＣＡ
１２０ ＯＡＭモード生成部
１３０ 信号処理部
１４０ 制御部
２００ 受信装置
２１０ ＵＣＡ
２２０ ＯＡＭモード分離部
２２１ 測定部
２３０ 信号処理部
２４０ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】