(57)【要約】【課題】ＯＡＭ通信およびＯＡＭ−ＭＩＭＯ通信において、ＯＡＭモード間干渉が生じる場合に、多重数の増加に伴いＯＡＭモード間干渉除去に必要な演算量を削減し、さらにＯＡＭモード間干渉除去に必要なチャネル推定負荷も軽減する。【解決手段】送信装置のＵＣＡで複数のＯＡＭモードの信号を生成して送信し、受信装置のＵＣＡで複数のＯＡＭモードの信号を受信して分離し、ＯＡＭモード数の信号を空間多重伝送するＯＡＭ多重通信システムにおいて、受信装置は、ＯＡＭモード間のチャネル情報を用いて、所定の閾値１より大きい干渉を及ぼすＯＡＭモード間を判定し、そのＯＡＭモード間の干渉除去処理を行う干渉除去手段を備える。【選択図】  図２
2019083475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子を円形に等間隔に配置した等間隔円形アレーアンテナ（以下、ＵＣＡ）を送信装置と受信装置に備え、送信装置のＵＣＡで複数のＯＡＭモードの信号を生成して送信し、受信装置のＵＣＡで複数のＯＡＭモードの信号を受信して分離し、ＯＡＭモード数の信号を空間多重伝送するＯＡＭ多重通信システムにおいて、
前記受信装置は、ＯＡＭモード間のチャネル情報を用いて、所定の閾値１より大きい干渉を及ぼすＯＡＭモード間を判定し、そのＯＡＭモード間の干渉除去処理を行う干渉除去手段を備えた
ことを特徴とするＯＡＭ多重通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載のＯＡＭ多重通信システムにおいて、
前記干渉除去手段は、
前記各ＯＡＭモード間の干渉信号電力を計算し、その最大干渉信号電力が前記所定の閾値１以下の場合は、ＯＡＭモード間の干渉除去処理を行わずに、各ＯＡＭモードの受信信号の復調処理を行う処理手段１と、
前記各ＯＡＭモード間の干渉信号電力を計算し、その干渉信号電力が前記閾値１より大きいＯＡＭモード組数が所定の閾値２以下の場合は、干渉信号電力が閾値１以下のＯＡＭモード間を除くＯＡＭモード間のみの干渉除去処理を行い、各ＯＡＭモードの受信信号の復調処理を行う処理手段２と、
前記各ＯＡＭモード間の干渉信号電力を計算し、その干渉信号電力が前記閾値１より大きいＯＡＭモード組数が前記所定の閾値２より大きい場合は、各ＯＡＭモードのすべての受信信号とすべてのＯＡＭモード間のチャネル情報を用いて干渉除去処理を行い、各ＯＡＭモードの受信信号の復調処理を行う処理手段３と
を備えた構成であることを特徴とするＯＡＭ多重通信システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のＯＡＭ多重通信システムにおいて、
前記干渉除去手段は、所定の時間間隔ごとにすべてのＯＡＭモード間のチャネル情報を取得し、その区間は、前記所定の閾値１より大きい干渉を及ぼすＯＡＭモード間のみのチャネル情報を取得する構成である
ことを特徴とするＯＡＭ多重通信システム。
【請求項４】
複数のアンテナ素子を円形に等間隔に配置した等間隔円形アレーアンテナ（以下、ＵＣＡ）を、同心円状に配置した複数のＵＣＡからなるＭ−ＵＣＡを送信装置と受信装置に備え、送信装置の各ＵＣＡでそれぞれ複数のＯＡＭモードの信号を生成して送信し、受信装置の各ＵＣＡでそれぞれ複数のＯＡＭモードの信号を受信して分離し、ＵＣＡ数×ＯＡＭモード数の信号を空間多重伝送するＯＡＭ多重通信システムにおいて、
前記受信装置は、前記送信装置は各ＵＣＡの各ＯＡＭモード間のチャネル情報を用いて、各ＵＣＡで受信する同一ＯＡＭモード間の信号分離を行うとともに、所定の閾値３より大きい干渉を及ぼすＯＡＭモード間を判定し、そのＯＡＭモード間の干渉除去処理を行う干渉除去手段を備えた
ことを特徴とするＯＡＭ多重通信システム。
【請求項５】
請求項４に記載のＯＡＭ多重通信システムにおいて、
前記干渉除去手段は、
前記複数のＵＣＡの各ＯＡＭモード間の干渉信号電力を計算し、その最大干渉信号電力が前記所定の閾値３以下の場合は、ＯＡＭモード間の干渉除去処理を行わずに、各ＵＣＡにおける同一ＯＡＭモード間の等化処理による信号分離処理を行い、分離後の各ＯＡＭモードの受信信号の復調処理を行う処理手段１と、
前記複数のＵＣＡの各ＯＡＭモード間の干渉信号電力を計算し、その干渉信号電力が前記閾値３より大きいＯＡＭモード組数が所定の閾値４以下の場合は、干渉信号電力が閾値３以下のＯＡＭモード間を除くＯＡＭモード間のみの干渉除去処理を行い、各ＵＣＡの各ＯＡＭモードの受信信号の復調処理を行う処理手段２と、
前記複数のＵＣＡの各ＯＡＭモード間の干渉信号電力を計算し、その干渉信号電力が前記閾値３より大きいＯＡＭモード組数が所定の閾値４より大きい場合は、各ＵＣＡの各ＯＡＭモードのすべての受信信号と、すべてＵＣＡのＯＡＭモード間のチャネル情報を用いて干渉除去処理を行い、各ＵＣＡの各ＯＡＭモードの受信信号の復調処理を行う処理手段３と
を備えた構成であることを特徴とするＯＡＭ多重通信システム。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載のＯＡＭ多重通信システムにおいて、
前記干渉除去手段は、所定の時間間隔ごとにすべてのＯＡＭモード間のチャネル情報を取得し、その区間は、前記所定の閾値３より大きい干渉を及ぼすＯＡＭモード間のみのチャネル情報を取得する構成である
ことを特徴とするＯＡＭ多重通信システム。
【請求項７】
複数のアンテナ素子を円形に等間隔に配置した等間隔円形アレーアンテナ（以下、ＵＣＡ）を送信装置と受信装置に備え、送信装置のＵＣＡで複数のＯＡＭモードの信号を生成して送信し、受信装置のＵＣＡで複数のＯＡＭモードの信号を受信して分離し、ＯＡＭモード数の信号を空間多重伝送するＯＡＭ多重通信方法において、
前記受信装置は、ＯＡＭモード間のチャネル情報を用いて、所定の閾値１より大きい干渉を及ぼすＯＡＭモード間を判定し、そのＯＡＭモード間の干渉除去処理を行う
ことを特徴とするＯＡＭ多重通信方法。
【請求項８】
複数のアンテナ素子を円形に等間隔に配置した等間隔円形アレーアンテナ（以下、ＵＣＡ）を、同心円状に配置した複数のＵＣＡからなるＭ−ＵＣＡを送信装置と受信装置に備え、送信装置の各ＵＣＡでそれぞれ複数のＯＡＭモードの信号を生成して送信し、受信装置の各ＵＣＡでそれぞれ複数のＯＡＭモードの信号を受信して分離し、ＵＣＡ数×ＯＡＭモード数の信号を空間多重伝送するＯＡＭ多重通信方法において、
前記受信装置は、前記送信装置は各ＵＣＡの各ＯＡＭモード間のチャネル情報を用いて、各ＵＣＡで受信する同一ＯＡＭモード間の信号分離を行うとともに、所定の閾値３より大きい干渉を及ぼすＯＡＭモード間を判定し、そのＯＡＭモード間の干渉除去処理を行う  ことを特徴とするＯＡＭ多重通信方法。
【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ＯＡＭ多重通信システムおよびＯＡＭ多重通信方法に関する。
【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が報告されている（非特許文献１）。ＯＡＭをもつ電磁波は、伝搬軸を中心に伝搬方向にそって等位相面が螺旋状に分布する。異なるＯＡＭモードをもち、同一方向に伝搬する電磁波は、回転軸方向において空間位相分布が直交するため、異なる信号系列で変調された各ＯＡＭモー
ドの信号を受信局において分離することにより、信号を多重伝送することが可能である。
【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が行われる（非特許文献２）。
【０００４】
図５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５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）に設定する位相差により生成される。すなわち、ＯＡＭモードｎの信号は、ＵＣＡの位相がｎ回転（ｎ×360 度）になるように各アンテナ素子の位相を設定して生成する。例えば、ＵＣＡが８個のアンテナ素子で構成される場合で、ＯＡＭモード２の信号を生成する場合は、図５(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90度の位相差を設定する。なお、ＯＡＭモードｎの信号に対して位相の回転方向を逆にした信号をＯＡＭモード−ｎとする。例えば、正のＯＡＭモードの信号の位相の回転方向を反時計回りとし、負のＯＡＭモードの信号の位相の回転方向を時計回りとする。
【０００５】
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ができる。送信側では、各ＯＡＭモードで伝送する信号をあらかじめ生成・合成し、単一の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。
【０００６】
図６は、ＯＡＭ多重信号の位相分布と信号強度分布の例を示す。
図６(1),(2) において、送信側から伝搬方向に直交する端面（以下、伝搬直交平面と称する。）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。
【０００７】
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。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。
【０００８】
図６(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。
【０００９】
図７は、ＯＡＭ多重信号を分離するためのＵＣＡの位相設定例を示す。
図７において、受信側では、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し、各ＯＡＭモードの信号を分離する。すなわち、各アンテナ素子の位相は、図５の場合と逆方向に回転するように設定し、例えばＯＡＭモード２の信号を分離する場合は、位相が２回転するように、各アンテナ素子に時計回りに90度の位相差を設定する。
【００１０】
ＯＡＭ通信は、ＯＡＭモードの次数を高くすることにより、理論的には多重数を無限に増やすことができる。しかし、ＯＡＭモードが高次になるほど受信電力が低下するため（非特許文献３）、現実的に使えるＯＡＭモードの数には制限がある。例えば、ＯＡＭモード±２までは所望の受信電力を満たすが、ＯＡＭモード±３より高いＯＡＭモードは所望の受信電力を満たさない場合には、使えるＯＡＭモードが２，１，０，−１，−２の５つに制限されることになる。
【００１１】
一方、図８に示すように、同心円状に複数のＵＣＡを配置したＭ（Multi)−ＵＣＡを用い、ＵＣＡ毎に所要の受信電力を満たすＯＡＭモードを使うことで、多重数を増やすことができる。例えば互いに半径が異なる４個のＵＣＡ１，ＵＣＡ２，ＵＣＡ３，ＵＣＡ４を用い、各ＵＣＡがＯＡＭモード２，１，０，−１，−２を用いてそれぞれ異なる信号列を５多重伝送すると、４個のＵＣＡの合計で20多重伝送が可能となる。この場合、ＯＡＭモード間の独立な特性により、各ＵＣＡの異なるＯＡＭモード間では干渉が生じないが、各ＵＣＡの同一のＯＡＭモード間では受信側にて干渉が生じるため、等化処理等により同一ＯＡＭモード間の信号を分離する必要がある。
【００１２】
すなわち、Ｍ−ＵＣＡを構成するｍ個のＵＣＡは、それぞれｎ個のＯＡＭモードの信号を生成し、それらを同時に送信することにより、ｍ×ｎの時系列データ（ストリーム）を空間多重して伝送することができる。上記の例では、送信側から４個のＵＣＡと５個のＯＡＭモードを用いて20ストリームの多重伝送を行った場合に、受信側では４個のＵＣＡで受信するＯＡＭモード２，１，０，−１，−２ごとに４個のストリームの分離処理を行うことで、20ストリームの信号を分離することができる。これにより、高次ＯＡＭモードを使わず、複数のＵＣＡで低次ＯＡＭモードを複数送信し、同じＯＡＭモード間のみで信号分離処理を行うことで、多重数を増やし、伝送容量を向上することができる。
【００１３】
以下、単一のＵＣＡを用いた伝送方法を「ＯＡＭ通信」と称し、Ｍ−ＵＣＡを用いた伝送方法を「ＯＡＭ−ＭＩＭＯ通信」と称する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】J. Wang et al., “Terabit free-space data transmission employing orbital angular momentum multiplexing, ”Nature Photonics, Vol.6, pp.488-496, July 2012.
【非特許文献２】Y. Yan et al.,“High-capacity millimeter-wavecommunications with orbital angular momentum multiplexing,”Nature Commun., vol.5, p.4876, Sep. 2014.
【非特許文献３】A. Cagliero et al., “A New Approach to the Link Budget Concept for an OAM Communication Link,”IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol.15, pp.568-571. 2016
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
（ＯＡＭ通信における課題）
ＯＡＭ通信では、各ＯＡＭモードは独立のため、ＯＡＭモード間干渉除去は理論的には不要である。しかし、送受信ＵＣＡの軸ズレやＲＦ回路の不完全性等により、ＯＡＭモード間で干渉が生じる場合には、このＯＡＭモード間干渉を除去する必要が生じる。この干渉除去法として、各ＯＡＭモードの送信ストリームを従来のＭＩＭＯ通信の各ストリームとしてみなし、従来のＭＩＭＯ等化技術等で干渉除去を行う手法が考えられる。
【００１６】
しかしながら、この干渉除去法では、多重数が増加すると演算量が多重数の３乗に比例し増加する課題がある。また、この干渉除去法の適用のためには、各ＯＡＭモードから他のすべてのＯＡＭモードへの干渉の度合い、すなわちチャネル情報を取得する必要が生じる。そのため、多重数の増加に伴ってチャネル推定の負荷が多重数の２乗に比例して生じる課題がある。例えば、５個のＯＡＭモードを用いて多重通信を行う場合、25個のチャネル情報の取得が必要となる。
【００１７】
この干渉除去に必要な演算量の増加に対して受信装置の演算能力が一定の場合、送受信可能多重数が制限されて、伝送容量が低下する課題がある。また、一般的に、チャネル情報の取得は、送信装置が既知信号を送り、受信装置がその既知信号を用いてチャネル推定を行う。そのため、既知情報の量が増えると、送受信するデータ量が減ることになって伝送容量が低下することになる。また、チャネル推定に必要な演算量も増加する課題がある。また、干渉の度合いを周期的に把握し干渉除去処理を適応的に行う必要がある。
【００１８】
（ＯＡＭ−ＭＩＭＯ通信における課題）
送受信装置がそれぞれ、Ｍ−ＵＣＡを用いて多重伝送を行うＯＡＭ−ＭＩＭＯ通信では、理論的には、同一のＯＡＭモード間の信号分離処理のみで、すべてのストリームの分離が可能である。ここで、同一のＯＡＭモード間の信号分離処理は、同一のＯＡＭモード間のチャネル情報を用いて、ＺＦ(zero forcing)やＭＭＳＥ(minimum mean square error) 手法など一般的に使われる等化手法と、ＭＬＤ（Maximum likelihood decoding)、ＭＤＤ（Minimum distance decoding)、ＶＤ（Viterbi decoder ）等の無線通信システムにおいて、一般的に用いられる等化・分離手法が想定される。
【００１９】
しかしながら、軸ズレやＲＦ回路等によりＯＡＭモード間干渉が生じると、同一ＯＡＭモード間の信号分離以外にも、ＯＡＭ通信における課題と同様に、異なるＯＡＭモード間の干渉除去処理を行う必要が生じる。この干渉除去法として、Ｍ−ＵＣＡの各ＯＡＭモードの送信ストリームを従来のＭＩＭＯ通信の各ストリームとしてみなし、従来のＭＩＭＯ等化技術等で干渉除去を行う手法が考えられる。しかしながら、この干渉除去法では、ＯＡＭ通信における課題と同様に、多重数が増加すると演算量が多重数の３乗に比例し増加し、チャネル推定の負荷が多重数の２乗に比例して増加する課題がある。これらにより、伝送容量が低下する課題がある。また、干渉の度合いを周期的に把握し干渉除去処理を適応的に行う必要がある。
【００２０】
このように、ＯＡＭ通信およびＯＡＭ−ＭＩＭＯ通信において、ＯＡＭモード間干渉が生じる場合、多重数の増加に伴いＯＡＭモード間干渉除去に必要な演算量が増加する。また、ＯＡＭモード間干渉除去のため必要なチャネル推定負荷も増加する。
【００２１】
本発明は、ＯＡＭ通信およびＯＡＭ−ＭＩＭＯ通信において、ＯＡＭモード間干渉が生じる場合に、多重数の増加に伴いＯＡＭモード間干渉除去に必要な演算量を削減し、さらにＯＡＭモード間干渉除去に必要なチャネル推定負荷も軽減することができるＯＡＭ多重通信システムおよびＯＡＭ多重通信方法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】
【００２２】
第１の発明は、送信装置のＵＣＡで複数のＯＡＭモードの信号を生成して送信し、受信装置のＵＣＡで複数のＯＡＭモードの信号を受信して分離し、ＯＡＭモード数の信号を空間多重伝送するＯＡＭ多重通信システムにおいて、受信装置は、ＯＡＭモード間のチャネル情報を用いて、所定の閾値１より大きい干渉を及ぼすＯＡＭモード間を判定し、そのＯＡＭモード間の干渉除去処理を行う干渉除去手段を備える。
【００２３】
第１の発明のＯＡＭ多重通信システムにおいて、干渉除去手段は、各ＯＡＭモード間の干渉信号電力を計算し、その最大干渉信号電力が所定の閾値１以下の場合は、ＯＡＭモード間の干渉除去処理を行わずに、各ＯＡＭモードの受信信号の復調処理を行う処理手段１と、各ＯＡＭモード間の干渉信号電力を計算し、その干渉信号電力が閾値１より大きいＯＡＭモード組数が所定の閾値２以下の場合は、干渉信号電力が閾値１以下のＯＡＭモード間を除くＯＡＭモード間のみの干渉除去処理を行い、各ＯＡＭモードの受信信号の復調処理を行う処理手段２と、各ＯＡＭモード間の干渉信号電力を計算し、その干渉信号電力が閾値１より大きいＯＡＭモード組数が所定の閾値２より大きい場合は、各ＯＡＭモードのすべての受信信号とすべてのＯＡＭモード間のチャネル情報を用いて干渉除去処理を行い、各ＯＡＭモードの受信信号の復調処理を行う処理手段３とを備える。
【００２４】
第１の発明のＯＡＭ多重通信システムにおいて、干渉除去手段は、所定の時間間隔ごとにすべてのＯＡＭモード間のチャネル情報を取得し、その区間は、所定の閾値１より大きい干渉を及ぼすＯＡＭモード間のみのチャネル情報を取得する構成である。
【００２５】
第２の発明は、同心円状に配置した複数のＵＣＡからなるＭ−ＵＣＡを送信装置と受信装置に備え、送信装置の各ＵＣＡでそれぞれ複数のＯＡＭモードの信号を生成して送信し、受信装置の各ＵＣＡでそれぞれ複数のＯＡＭモードの信号を受信して分離し、ＵＣＡ数×ＯＡＭモード数の信号を空間多重伝送するＯＡＭ多重通信システムにおいて、受信装置は、送信装置は各ＵＣＡの各ＯＡＭモード間のチャネル情報を用いて、各ＵＣＡで受信する同一ＯＡＭモード間の信号分離を行うとともに、所定の閾値３より大きい干渉を及ぼすＯＡＭモード間を判定し、そのＯＡＭモード間の干渉除去処理を行う干渉除去手段を備える。
【００２６】
第２の発明のＯＡＭ多重通信システムにおいて、干渉除去手段は、複数のＵＣＡの各ＯＡＭモード間の干渉信号電力を計算し、その最大干渉信号電力が所定の閾値３以下の場合は、ＯＡＭモード間の干渉除去処理を行わずに、各ＵＣＡにおける同一ＯＡＭモード間の等化処理による信号分離処理を行い、分離後の各ＯＡＭモードの受信信号の復調処理を行う処理手段１と、複数のＵＣＡの各ＯＡＭモード間の干渉信号電力を計算し、その干渉信号電力が閾値３より大きいＯＡＭモード組数が所定の閾値４以下の場合は、干渉信号電力が閾値３以下のＯＡＭモード間を除くＯＡＭモード間のみの干渉除去処理を行い、各ＵＣＡの各ＯＡＭモードの受信信号の復調処理を行う処理手段２と、複数のＵＣＡの各ＯＡＭモード間の干渉信号電力を計算し、その干渉信号電力が閾値３より大きいＯＡＭモード組数が所定の閾値４より大きい場合は、各ＵＣＡの各ＯＡＭモードのすべての受信信号と、すべてＵＣＡのＯＡＭモード間のチャネル情報を用いて干渉除去処理を行い、各ＵＣＡの各ＯＡＭモードの受信信号の復調処理を行う処理手段３とを備える。
【００２７】
第２の発明のＯＡＭ多重通信システムにおいて、干渉除去手段は、所定の時間間隔ごとにすべてのＯＡＭモード間のチャネル情報を取得し、その区間は、所定の閾値３より大きい干渉を及ぼすＯＡＭモード間のみのチャネル情報を取得する構成である。
【００２８】
第３の発明は、送信装置のＵＣＡで複数のＯＡＭモードの信号を生成して送信し、受信装置のＵＣＡで複数のＯＡＭモードの信号を受信して分離し、ＯＡＭモード数の信号を空間多重伝送するＯＡＭ多重通信方法において、受信装置は、ＯＡＭモード間のチャネル情報を用いて、所定の閾値１より大きい干渉を及ぼすＯＡＭモード間を判定し、そのＯＡＭモード間の干渉除去処理を行う。
【００２９】
第４の発明は、同心円状に配置した複数のＵＣＡからなるＭ−ＵＣＡを送信装置と受信装置に備え、送信装置の各ＵＣＡでそれぞれ複数のＯＡＭモードの信号を生成して送信し、受信装置の各ＵＣＡでそれぞれ複数のＯＡＭモードの信号を受信して分離し、ＵＣＡ数×ＯＡＭモード数の信号を空間多重伝送するＯＡＭ多重通信方法において、受信装置は、送信装置は各ＵＣＡの各ＯＡＭモード間のチャネル情報を用いて、各ＵＣＡで受信する同一ＯＡＭモード間の信号分離を行うとともに、所定の閾値３より大きい干渉を及ぼすＯＡＭモード間を判定し、そのＯＡＭモード間の干渉除去処理を行う。
【発明の効果】
【００３０】
本発明により、ＯＡＭ多重通信システムにおいて、軸ズレやＲＦ回路の不完全性が生じる場合、多重数が増加しても、干渉除去処理に要する演算量の軽減ができる。また、チャネル情報取得の負荷を軽減することができる。これらにより、低演算量で、多重数を増やすことができ、伝送容量を向上する効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態における送受信装置の概要を示す図である。
【図２】第１の実施形態における受信装置のデジタル信号処理部23の構成例を示す図である。
【図３】第１の実施形態における受信装置のデジタル信号処理部23の処理手順例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態における送受信装置の概要を示す図である。
【図５】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６】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７】ＯＡＭ多重信号を分離するためのＵＣＡの位相設定例を示す図である。
【図８】ＯＡＭ多重通信システムのＭ−ＵＣＡの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に示す実施形態では、単一のＵＣＡまたはＭ−ＵＣＡで構成される送信アンテナと受信アンテナの中心は、ＧＰＳ情報やその他計測手法を用いてそれぞれの伝搬方向が一致し、送信アンテナと受信アンテナは伝搬直交平面に配置されるものとする。しかしながら、ＧＰＳ情報の誤差やそのたアンテナ配置の誤差により、送信アンテナと受信アンテナの中心のズレ（軸ズレ）が起こり得る場合を想定する。
【００３３】
（第１の実施形態）
第１の実施形態は、ＯＡＭ通信における課題を解決する実施形態である。
図１は、本発明の第１の実施形態における送受信装置の概要を説明する。図１(1),(2) は、ＯＡＭモードｎ〜ＯＡＭモード−ｎを伝送する場合における送信装置と受信装置を示す。
【００３４】
図１(1) において、送信装置は、デジタル信号処理部１１、ＲＦ処理部１２、送信アンテナ部１３を備える。デジタル信号処理部１１は、データの変調や複数のＯＡＭモードで送信するストリーム生成などの通信に必要なデジタル信号処理を行う。ＲＦ処理部１２は、周波数変換、ＲＦフィルタリングなどのアナログ処理を行う。送信アンテナ部１３は、ＵＣＡにより複数のストリームを送信する。
【００３５】
図１(2) において、受信装置は、受信アンテナ部２１、ＲＦ処理部２２、デジタル信号処理部２３を備える。受信アンテナ部２１は、ＵＣＡにより複数のＯＡＭモードの信号を受信する。ＲＦ処理部２２は、受信信号の周波数変換、ＲＦフィルタリングなどのアナログ処理を行う。
【００３６】
ここで、送信アンテナ部１３および受信アンテナ部２１は、ＯＡＭ通信の場合は、単一のＵＣＡで構成される。デジタル信号処理部２３は、ＳＩＣ等によりＯＡＭモード間の干渉除去処理を行う。チャネル推定を行う際には、送信装置のデジタル信号処理部１１は、既知信号を生成し送信し、受信装置のデジタル信号処理部２３は、この既知信号の情報を用いて，チャネル推定を行う。
【００３７】
図２は、第１の実施形態における受信装置のデジタル信号処理部２３の構成例を示す。  図２において、デジタル信号処理部２３は、既知信号・データ信号分離部２３１と、チャネル推定部２３２と、干渉除去処理判定部２３３と、復調処理部２３４と、干渉除去処理部２３５から構成かれる。既知信号・データ信号分離部２３１は、ＲＦ処理部２２から入力した信号を既知信号とデータ信号に分離し、データ信号を復調処理部２３４に出力し、既知信号をチャネル推定部２３２に出力する。チャネル推定部２３２は、既知信号を用いてＯＡＭモード間のチャネル推定を行い、その結果を干渉除去処理判定部２３３と復調処理部２３４と干渉除去処理部２３５に出力する。
【００３８】
干渉除去処理判定部２３３は、チャネル推定の結果と干渉除去処理部２３５の出力結果を参照し、干渉除去処理の有無を判定し、その結果をチャネル推定部２３２と、干渉除去処理部２３５と、復調処理部２３４に出力する。復調処理部２３４は、干渉除去処理判定部２３３の結果を参照し、チャネル推定結果を用いてデータ信号の復調処理を行い、その結果を外部に出力する。同時に、入力データと復調結果を干渉除去処理部２３５に出力する。干渉除去処理部２３５は、干渉除去処理判定部２３３の判定結果を参照し、チャネル推定の結果と復調処理部２３４の出力信号を用いて干渉除去処理を行う。
【００３９】
図３は、第１の実施形態における受信装置のデジタル信号処理部２３の処理手順を示す。
図２および図３において、既知信号・データ信号分離部２３１は、受信装置のＲＦ処理部２２から出力されるＯＡＭモードごとの信号を入力する（Ｓ11）。ここで、既知信号は、チャネル推定用既知信号や同期検出用の信号等のデータ信号以外のすべてのコントロール信号を表す。本発明の範囲外である同期検出等の処理は、この既知信号・データ信号分離部２３１において、あらかじめ決められている通信規格に沿って行われるものにする。本発明では、チャネル推定用の既知信号を対象とする。すなわち、既知信号・データ信号分離部２３１は、コントロール信号の内、チャネル推定用の既知信号をチャネル推定部２３２に出力し、コントロール信号以外のデータ信号を復調処理部２３４に出力する（Ｓ12）。ＯＦＤＭのように、ＦＦＴ処理が必要な場合は、既知信号・データ信号分離部２３１は、ＦＦＴ処理を行ってから既知信号とデータ信号に分離する。
【００４０】
次に、チャネル推定部２３２は、既知信号・データ信号分離部２３１が出力するチャネル推定用の既知信号を用いてチャネル推定を行う（Ｓ13）。チャネル推定処理は、既知信号を用いて、すべてのＯＡＭモードからすべてのＯＡＭモードに対するチャネルに関し、ＺＦやＭＭＳＥ等の手法で行えばよい。チャネル推定部２３２は、このチャネル推定処理結果を干渉除去処理判定部２３３と復調処理部２３４に出力する。
【００４１】
干渉除去処理判定部２３３は、各ＯＡＭモード間のチャネル推定結果を用いて、各ＯＡＭモード間の干渉信号電力を計算する（Ｓ14）。この干渉信号電力は、チャネル推定の結果の値の絶対値の２乗等の尺度で計算すればよい。各ＯＡＭモード間の干渉信号電力の最大値である最大干渉信号電力が、所定の閾値１より大きいか否かを判定する（Ｓ15）。最大干渉信号電力≦閾値１の場合は、パターン１−１の復調処理を行う（Ｓ16）。最大干渉信号電力＞閾値１の場合は、各ＯＡＭモード間の干渉信号電力が閾値１より大きいＯＡＭモード組の数が、所定の閾値２より大きいか否かを判定する（Ｓ17, Ｓ18）。ＯＡＭモード組数≦閾値２の場合は、パターン１−２の復調処理を行う（Ｓ19）。ＯＡＭモード組数＞閾値２の場合は、パターン１−３の処理を行う（Ｓ23）。
【００４２】
このパターン１−１，パターン１−２，パターン１−３の判定結果は、チャネル推定部２３２と復調処理部２３４と干渉除去処理部２３５に入力する。
【００４３】
すなわち、パターン１−１の復調処理（Ｓ16）では、受信側における各ＯＡＭモード間の最大干渉信号電力が所定の閾値１以下の場合に、ＯＡＭモード間の独立性が保たれていると判断し、ＯＡＭモード間の干渉除去処理を行わずに、各ＯＡＭモードの受信信号の復調処理を行う。
【００４４】
パターン１−２の復調処理（Ｓ19）では、受信側における各ＯＡＭモード間の最大干渉信号電力が所定の閾値１より大きく、かつ干渉信号電力が閾値１より大きいＯＡＭモード組数が所定の閾値２以下の場合に、まずＯＡＭモード間の干渉除去処理を行わずに各ＯＡＭモードの受信信号の復調を行う。次に、復調した信号を用いて元の信号のレプリカを生成し（Ｓ20）、このレプリカとチャネル推定情報を用いて、各ＯＡＭモード間でＳＩＣ等の手法により干渉除去処理を行い（Ｓ21）、その後に各ＯＡＭモードの受信信号の復調処理を行う（Ｓ22）。このとき、演算量の削減のため、干渉信号電力が閾値１以下ＯＡＭモード間の干渉除去処理は行わない。これは、それらのＯＡＭモード間の干渉は小さいため、干渉除去処理をしなくても、性能劣化は許容範囲に収まるためである。
【００４５】
パターン１−３の処理では、受信側における各ＯＡＭモード間の最大干渉信号電力が所定の閾値１より大きく、かつ干渉信号電力が閾値１より大きいＯＡＭモード組数が所定の閾値２より大きい場合に、各ＯＡＭモードのすべての受信信号とすべてのＯＡＭモード間のチャネル情報を用いて、ＺＦ等の等化手法により干渉除去処理を行い（Ｓ23）、その後に各ＯＡＭモードの受信信号の復調処理を行う（Ｓ24）。
【００４６】
ここで、チャネル推定部２３２は、パターン１−１とパターン１−２の場合、復調処理と干渉除去処理に必要なチャネルのみのチャネル推定処理を行うことで、演算量を削減する。すなわち、あらかじめ決められた周期ごとには、すべてのＯＡＭモードのすべてのＯＡＭモードに対するチャネル推定処理を行うが、その周期内では、復調処理と干渉除去処理に必要なチャネルのみのチャネル推定処理を行う。例えば、パターン１−１の場合、チャネル情報取得の負荷を削減するため、異なるＯＡＭモード間のチャネル推定処理を省略してもよい。また、パターン１−２の場合も、ＳＩＣ処理を行わないＯＡＭモード間のチャネル推定処理を省略してもよい。このようにチャネル推定部２３２が必要なチャネルの推定処理のみを行う場合、干渉除去処理判定部２３３は、チャネル推定部２３２が行ったチャネル推定計算結果のみを用いて、パターン１−１〜１−３の判定を行う。
【００４７】
（復調処理部２３４の動作）
次に、復調処理部２３４の動作について詳しく説明する。復調処理部２３４は、既知信号・データ信号分離部２３１が出力するデータ信号と、チャネル推定部２３２が出力するチャネル情報を用いて復調処理を行う。ここで、干渉除去処理判定部２３３から復調処理部２３４にパターン１−１の結果が入力すると、他のＯＡＭモードからの干渉除去処理を行わずに、各ＯＡＭモードの受信信号の復調処理を行う。
【００４８】
また、干渉除去処理判定部２３３にパターン１−２の結果が入力すると、まず各ＯＡＭモードの受信信号の復調処理を行い、その結果を干渉除去処理部２３５に出力する。また、パターン１−２の場合は、既知信号・データ信号分離部２３１が復調処理部２３４に出力したデータ信号も合わせて干渉除去処理部２３５に出力する。ここで、干渉除去処理部２３５は、各ＯＡＭモード間でＳＩＣ等の手法により干渉除去処理を行い、その結果を再び復調処理部２３４に入力する。復調処理部２３４は、干渉除去処理部２３５から入力する信号を用いて、再び各ＯＡＭモードの復調処理を行う。この過程を繰り返すことで、干渉除去処理の性能を向上することができる。この繰り返し処理において、繰り返しの数は、あらかじめ決められた数分だけ行うこともできるし、干渉除去処理部２３５が繰り返し処理をする中で、ｎ回目のレプリカとｎ＋１回目のレプリカの差があらかじめ決められた閾値より小さくなると繰り返し処理を終了することもできる。
【００４９】
また、干渉除去処理判定部２３３にパターン１−３の結果が入力すると、各ＯＡＭモード間のチャネル情報を用いて、ＺＦやＭＭＳＥ法により等化処理を行い、干渉除去処理を行ってから、各ＯＡＭモードの受信信号の復調処理を行う。
【００５０】
（干渉除去処理部２３５の動作）
次に、干渉除去処理部２３５の動作について詳しく説明する。干渉除去処理部２３５は、干渉除去処理判定部２３３からパターン１−２の結果が入力すると、復調処理部２３４からの入力信号と、チャネル推定部２３２からのチャネル推定結果を用いて、干渉除去処理を行う。ここで、干渉除去処理判定部２３３の判定結果がパターン１−２の場合、干渉除去処理を要するＯＡＭモード組に関する情報を干渉除去処理部２３５に入力する。また、チャネル推定部２３２は、このパターン１−２の場合、干渉除去処理を要するＯＡＭモード組のみのチャネル推定結果を干渉除去処理部２３５に入力してもよい。干渉除去処理部２３５は、まず復調処理部２３４が出力する復調後の信号とチャネル推定結果を用いて、元の信号のレプリカを生成する。ここで生成するレプリカは、干渉を及ぼすと判断されるＯＡＭモード組のみを生成すればよい。例えば、ＯＡＭモード１からＯＡＭモード２への干渉量が閾値１より高い場合、ＯＡＭモード１の復調信号と、ＯＡＭモード１からＯＡＭモード２へのチャネル情報を用いて、ＯＡＭモード１からＯＡＭモード２への干渉に相当するレプリカを生成する。
【００５１】
次に、データ信号のＯＡＭモード２の信号からこのレプリカを引き算する。このように、干渉除去処理の対象となるＯＡＭモードのレプリカを生成し、データ信号から引き算した結果を再び復調処理部２３４に出力する。復調処理部２３４は、干渉除去処理部２３５から入力する信号を用いて改めて復調処理を行い、その復調結果を再び干渉除去処理部２３５に入力する。このような過程を繰り返すことにより、干渉除去性能を改善する。この繰り返し処理は、前述のようにあらかじめ決めた数の繰り返し後に終了してもよいし、元のデータ信号からレプリカ信号の引き算後の信号の、各繰り返し過程の差を計算し、その差があらかじめ決めた閾値より小さくなると、繰り返し処理を終了してもよい。また、繰り返しＳＩＣ処理に一般的に使われる終了法により終了してもよい。
【００５２】
以下、第１の実施形態の処理について数式を用いて説明する。以下の例では、５個のＯＡＭモード−２，−１，０，１，２を用いてＯＡＭ通信を行う場合を想定する。なお、送信信号をＸi とし、受信信号をＹj とする。ここで、ｉとｊは、ＯＡＭモードの次数を表す。また、送信ＯＡＭモードｉと受信ＯＡＭモードｊ間のチャネルをＨj,i と表す。なお、送受信信号は、ＯＦＤＭ方式等のように周波数領域にてデータ変復調を行う通信方式を想定するが、ＳＣ（single carrier）方式等のように時間領域にてデータを変復調する通信方式への適用も同様に可能である。
【００５３】
受信装置のＲＦ処理部２２の出力信号は、以下の式(1) のようになる。ここでは、ＯＦＤＭの複数のキャリアの内、１個のサブキャリアについて記述するが、他のサブキャリアの同様の手法を適用すればよい。なお、送信側がチャネル推定用の信号とデータ信号を時系列に交互に分けて送信する場合は、チャネル推定用の信号間では、チャネルの変動はないと想定する。すなわち、チャネル推定用の信号を用いてチャネル推定を行ってからそのチャネル推定結果を用いて、データ信号の干渉分離・等化・復調処理を行う際には、チャネル情報は変わらないと想定する。また、チャネル推定用の信号とデータ信号の周波数領域に分けて伝送する場合、すなわち、複数のサブキャリアの内、一部のサブキャリアで既知信号を送信し、残りのサブキャリアでデータ信号を送信する場合は、既知信号を用いてチャネル推定を行い、その結果から内挿（interpolation ）等の手法によりデータ信号のサブキャリアのチャネル推定を行うものとする。なお、時間領域と周波数領域を合わせて既知信号を挿入する方式も同様に既知信号を用いてチャネル推定を行い、周波数領域では、内挿等によりデータ信号のサブキャリアのチャネル推定を行い、時間領域では、次回の既知信号と間ではチャネルは変わらないと想定してもよい。
【００５４】
なお、既知信号とデータ信号の挿入の方法は、本発明の範囲外の各種類の無線通信方式を採用すると想定する。一般的に使われるの無線通信方式は、既知信号でチャネル推定を行い、内挿やチャネルが変動しない前提で、その推定したチャネル情報を用いてデータ信号の等化処理を行っても問題が生じないように設計されているため、前述のように想定してもよい。
【００５５】
【数１】
2019083475.tif 000003
【００５６】
ここで、Ｎk は、受信側のＯＡＭモードｋでの雑音を表す。既知信号・データ信号分離部２３１は、式(1) が表す受信信号の内、チャネル推定用の既知信号とデータ信号を分離し、チャネル推定部２３２に入力する。チャネル推定用の送信信号、すなわち、式(1) のＸi が既知であるため、チャネル推定部２３２は受信信号と既知信号を用いて、ＺＦ方法等にチャネル推定を行うことができる。この動作によりすべてのＨj,i の推定ができる。このチャネル推定処理の結果は、干渉除去処理判定部２３３に入力される。
【００５７】
干渉除去処理判定部２３３は、すべてのＨj,i の絶対値（もしくは絶対値の２乗）と、あらかじめ決められた閾値１との比較を行い、パターン１−１、パターン１−２、パターン１−３の判定を行う。
【００５８】
パターン１−１の場合は、他のＯＡＭモードからの干渉を無視してもよいため、復調処理部２３４は、同一ＯＡＭモード間のチャネル情報のみを用いて、チャネル等化処理を行ってから、既知信号・データ信号分離部２３１から入力するデータ信号に対して復調処理を行う。例えば、ＺＦによる等化処理の場合、式(2) の復調処理を行う。次に、その結果であるを用いて復調処理を行う。式(2) のＸi は、ＯＡＭモードｉの送信信号の等化処理後の値を表し、式(3) のＸi は、式(2) のＸi の復調後の信号を表す。なお、Ｘの上につく「＾」や「・」は文中では省略している（以下同様）。また、demod( )は、チャネル符号の復号処理等を含む復調処理を表す。
【００５９】
【数２】
2019083475.tif 000004
【００６０】
【数３】
2019083475.tif 000005
【００６１】
パターン１−２の場合は、まず式(2) のように他の干渉を無視してから各ＯＡＭモードの等化処理と復調処理を行い、それらの結果を用いて、レプリカを生成し、干渉除去処理の対象となるＯＡＭモード組の干渉除去処理を行う。ここで、干渉除去処理の対象でないＯＡＭモード間の干渉は雑音とみなす。
【００６２】
例えば、干渉除去処理の対象となるＯＡＭモード組が、(-2,0)、(-2,2)、(-1,1)、(0,-2)、(0,2) 、(1,-1)、(2,-2)の場合を示す。ここで、(i,j) は、送信ＯＡＭモードｉから受信ＯＡＭモードｊへの干渉を表す。この場合、ＳＩＣ処理の対象となる式を式(4) に示す。
【００６３】
【数４】
2019083475.tif 000006
【００６４】
ここで、干渉除去処理の対象でないＯＡＭモード間の干渉は雑音とみなしたため、式(1) の中の干渉除去処理の対象でないＯＡＭモード間の干渉を表す項は、式(4）では雑音と
して表現されている。すなわち、（Ｎj)’は、雑音とみなされた干渉を含む受信ＯＡＭモ
ードｊの雑音を表す。ＳＩＣ処理後の信号は式(5) のように計算する。
【００６５】
【数５】
2019083475.tif 000007
【００６６】
ここで、mod(Ｘi ）は、送信側のＯＡＭモードｉの信号のレプリカである。なお、mod(Ｘi ）は、送信装置が行ったチャネル符号化処理を含む変調処理を表す。次に、干渉除去処理は、式(5) の計算結果（Ｙ-2，Ｙ-1，Ｙ0 ，Ｙ1 ，Ｙ2 ）を復調処理部２３４に入力する。信号復調部２３４は、式(6) のように等化処理を行う。次に、式(6) の結果を用いて、式(3) で表す復調処理を改めて行う。
【００６７】
【数６】
2019083475.tif 000008
【００６８】
このパターン１−２では、このような復調処理とレプリカ生成による干渉処理を繰り返して行う。繰り返しの終了は、前記のように所定回数だけ行ってもよいし、前回の繰り返し処理から、次の繰り返し処理の結果の差分が一定値以内になるまで続けてもよい。たとえば、式(5) のＹj 、もしくは式(2) のＸi または式(3) のＸi の差分から、繰り返し処理の終了を判断してもよい。また、このＳＩＣ処理に必要なチャネルのみの推定処理を行うことで、チャネル推定の演算量を軽減することができる。
【００６９】
パターン１−３の場合は、式(1) のすべての項を用いて、ＺＦやＭＭＳＥ等によりすべてのＯＡＭモードの信号に対し、同時に等化処理を行ってから、各ＯＡＭモードの復調処理を行う。
【００７０】
このように、軸ズレやＲＦの不完全性によりＯＡＭモード間の干渉が生じた場合、本発明により各ＯＡＭモード間の干渉量を考慮して、その処理を要するＯＡＭモード間のみで行うことにより、干渉除去に必要な演算量を削減することができる。また、チャネル推定の演算量の削減も可能となる。特に、ＧＰＳや工学位置調整器なのにより、荒い軸ズレはできたが、精密な軸合わせができなかった場合等、パターン１−２が主となる無線通信環境では、特に演算量の削減効果が大きくなる。また、チャネルの時変動により。パターン１−１，１−２，１−３が時変動する場合、本発明によりチャネル状況に合わせて、適切にＯＡＭモード間干渉除去処理を行うことができるため、常に干渉除去処理をしない手法に比べて性能改善効果が得られ、また、常にすべてのＯＡＭモードに対する干渉除去処理を行う手法に比べて、演算量削減ができる。
【００７１】
（閾値１と閾値２の設定例）
閾値１と閾値２は、ＯＡＭ通信の要求性能、チャネルの特性等を考慮し、本発明と別途の手法で決めればよい。
【００７２】
例えば、閾値１は、あらかじめ決められているＳＩＲ（signal to interference ratio; 干渉と信号の電力比率）から決めることができる。例えば、ＳＩＮＲが10dB以上必要となる設計されたシステムの場合は、閾値１は、信号電力より10dB低くなるように設定される。
【００７３】
閾値２は、すべてのＯＡＭモードの等化処理を行う場合と、ＳＩＣ処理を行う場合の演算量を比較し、ＳＩＣ処理をする場合の演算量が大きくならないように設定することができる。例えば、５個のＯＡＭモードを用いて通信をする場合、すべてのＯＡＭモードを用いる等化処理の演算量は、ＯＡＭモード数５の３乗で 125となる。ＳＩＣ処理の演算量はＳＩＣ処理の手法により異なるが、例えばＳＩＣ処理の対象のＯＡＭモード数の 3.5乗の手法を使う場合の等化処理の演算量は、ＳＩＣ処理の対象のＯＡＭモード数４の 3.5乗で 128となり、５個すべてのＯＡＭモードを用いる等化処理の演算量 125より大きくなるため、閾値２は「３」と設定される。
【００７４】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、ＯＡＭ−ＭＩＭＯ通信における課題を解決する実施形態である。
図４は、本発明の第２の実施形態における送受信装置の概要を説明する。図４(1),(2) は、複数のＵＣＡを用いて、かつ各ＵＣＡがＯＡＭモードｎからＯＡＭモード−ｎを伝送する場合における送信装置と受信装置を示す。
【００７５】
図４(1) において、送信装置は、デジタル信号処理部３１、ＲＦ処理部３２、送信アンテナ部３３を備える。デジタル信号処理部３１は、データの変調や複数のＵＣＡ＃１〜＃ｍから送信する各ＯＡＭモードの信号生成などの通信に必要なデジタル信号処理を行う。ＲＦ処理部３２は、周波数変換、ＲＦフィルタリングなどのアナログ処理を行う。送信アンテナ部３３は、複数のＵＣＡ＃１〜＃ｍから各ＯＡＭモードの信号を送信する。
【００７６】
図４(2) において、受信装置は、受信アンテナ部４１、ＲＦ処理部４２、デジタル信号処理部４３を備える。受信アンテナ部４１は、複数のＵＣＡ＃１〜＃ｍで各ＯＡＭモードの信号を受信する。ＲＦ処理部３２は、周波数変換、ＲＦフィルタリングなどのアナログ処理を行う。
【００７７】
第２の実施形態では、Ｍ−ＵＣＡを構成するＵＣＡごとに、第１の実施形態と同様のＲＦ処理部３２，４２、送信アンテナ部３３および受信アンテナ部４１を備え、デジタル信号処理部４３にて本実施形態に必要な信号分離・等化・干渉除去・復調処理を行う構成でもよい。
【００７８】
ここで、送信アンテナ部３３および受信アンテナ部４１は、ＯＡＭ−ＭＩＭＯ通信の場合は、Ｍ−ＵＣＡで構成される。複数のＵＣＡ＃１〜＃ｍが送信する同一ＯＡＭモードの複数の信号を、デジタル信号処理部４３がＯＡＭモードごとにＺＦやＭＭＳＥ手法などによる等化処理により分離する。また、第１の実施形態のパターン１−２と同様のパターン２−２の場合は、ＳＩＣ等による干渉除去処理を行う。チャネル推定を行う際には、送信装置のデジタル信号処理部３１が既知信号を生成し送信し、受信装置のデジタル信号処理部４３がこの既知信号の情報を用いて，チャネル推定を行う。また、第１の実施形態のパターン１−３と同様のパターン２−３の場合は、すべてのＵＣＡのすべてのＯＡＭモードを用いて干渉除去処理を行う。
【００７９】
受信装置のデジタル信号処理部４３の構成は、図２に示す第１の実施形態のデジタル信号処理部２３と同様である。受信装置のデジタル信号処理部４３の処理手順は、図３に示す第１の実施形態の処理手順と同様である。ただし、閾値１を閾値３、閾値２を閾値４と読み替える。
【００８０】
以下、図２および図３を参照して、第２の実施形態の動作例について説明する。受信装置のＲＦ処理部４２の出力信号は、デジタル信号処理部４３の既知信号・データ信号分離部２３１に入力する。ここで、すべてのＵＣＡのすべてのＯＡＭモードの信号は、既知信号・データ信号分離部２３１に入力し、既知信号はすべてのＵＣＡのすべてのＯＡＭモード毎に、異なるチャネル推定用既知信号や同期検出用のコントロール信号等で構成される。
【００８１】
次に、チャネル推定部２３２は、既知信号・データ信号分離部２３１が出力するチャネル推定用既知信号を用いてチャネル推定を行う。チャネル推定処理は、既知信号を用いて、各ＵＣＡの各ＯＡＭモードに対するチャネルに関し、ＺＦやＭＭＳＥ等の手法で行えばよい。チャネル推定部２３２は、このチャネル推定処理結果を干渉除去処理判定部２３３と復調処理部２３４と干渉除去処理部２３５に出力する。
【００８２】
干渉除去処理判定部２３３は、各ＵＣＡの各ＯＡＭモード間のチャネル推定結果を用いて、各ＵＣＡと各ＯＡＭモード間の干渉量を計算する。この干渉量は、第１の実施形態のようにチャネル推定計算後の値の絶対値、もしくはその２乗等で計算すればよい。
【００８３】
各ＵＣＡの各ＯＡＭモード間の最大干渉信号電力が所定の閾値３より大きいか否かを判定する。また、各ＯＡＭモード間の干渉信号電力が閾値３より大きいＯＡＭモード組の数が所定の閾値４より大きいか否かを判定する。この結果により、第１の実施形態のパターン１−１，１−２，１−３と同様のパターン２−１，２−２，２−３を判定し、判定結果をチャネル推定部２３２と復調処理部２３４と干渉除去処理部２３５に出力する。
【００８４】
ここで、チャネル推定部２３２は、パターン２−１と２−２の場合、第１の実施形態のように、復調処理と干渉除去処理に必要なチャネルのみのチャネル推定処理を行うことで、演算量を削減する。また、このようにチャネル推定部２３２が必要なチャネルの推定処理のみを行う場合は、第１の実施形態のように、干渉除去処理判定部２３３は、チャネル推定部２３２が行ったチャネル推定計算結果のみを用いて、パターン２−１，２−２，２−３の判定を行う。
【００８５】
復調処理部２３４は、既知信号・データ信号分離部２３１が出力するデータ信号と、チャネル推定部２３２が出力するチャネル情報を用いて復調処理を行う。すなわち、復調処理部２３４は、干渉除去処理判定部２３３からパターン２−１の結果が入力すると、他のＵＣＡの他のＯＡＭモードからの干渉除去処理を行わずに、各ＵＣＡから同一ＯＡＭモードを用いて送信されたことなる信号間の等化処理を行う。この処理は、ＺＦ等の手法により行えばよい。この処理はＯＡＭモードごとに行う。次に、等化処理後の結果を用いてすべてのデータの復調処理を行う。
【００８６】
また、干渉除去処理判定部２３３からパターン２−２の結果が入力すると、まず、各ＵＣＡの同一ＯＡＭモード間の等化処理と復調処理を行い、その結果を干渉除去処理部２３５に出力する。また、パターン２−２の場合は、第１の実施形態のように、既知信号・データ信号分離部２３１が復調処理部２３４に出力したデータ信号（復調対象のデータ部分の信号）も合わせて干渉除去処理部２３５に出力する。ここで、干渉除去処理部２３５は、ＳＩＣ処理等による干渉除去処理を行い、その結果を再び復調処理部２３４に入力する。復調処理部２３４は、干渉除去処理部２３５から入力する信号を用いて、再び各ＵＣＡの同一ＯＡＭモード間の等化処理と復調処理を行う。この過程を繰り返すことで、干渉除去処理の性能を向上することができる。該繰り返し処理の終了は、第１の実施形態と同様に行えばよい。
【００８７】
また、干渉除去処理判定部２３３からパターン２−３の結果が入力すると、各ＵＣＡの各ＯＡＭモードに対するチャネル情報を用いて、ＺＦやＭＭＳＥ法により等化処理を行い、干渉除去処理を行ってから各ＯＡＭモードの復調処理を行う。
【００８８】
干渉除去処理部２３５の処理は、第１の実施形態と同様である。本実施形態において、複数のＵＣＡから複数のＯＡＭモードを用いて複数の信号を送受信することは、単一のＵＣＡを用いる第１の実施形態と異なるが、第１の実施形態の復調信号とチャネル情報を用いてレプリカを生成し、受信信号からレプリカを引き算してから、改めて、等化処理と復調処理を行う過程を繰り返すことは同様である。
【００８９】
以下、第２の実施形態の例を数式を用いて説明する。以下の例では、４個のＵＣＡが、それぞれ５個のＯＡＭモード２，１，０，−１，−２を用いてＯＡＭ通信を行う場合を想定する。なお、送信側のＵＣＡをＴx UCA と称し、受信側のＵＣＡをＲx UCA と称する。また、簡単のため図８に示すように、直径が小さいＵＣＡから大きいＵＣＡ順にＵＣＡ１，２，３，４の番号を付ける。すなわち、Ｔx UCA3は、送信側の３番目のＵＣＡを表す。なお、ｋ番目のＵＣＡｋの送信信号をＸi k とし、ｌ番目のＵＣＡｌの受信信号をＹj l とする。ここで、ｉとｊは、ＯＡＭモードの次数を表す。例えば、Ｘ-12 とＹ13は、それぞれ、Ｔx UCA2のＯＡＭモード２の送信信号と、Ｒx UCA3のＯＡＭモード１の受信信号を表す。
【００９０】
また、送信ＵＣＡk の送信ＯＡＭモードｉと受信ＵＣＡl のＯＡＭモードｊ間のチャネルをＨi,j l,k と表す。なお、送受信信号は、第１の実施形態のように、ＯＦＤＭ方式等のように周波数領域にてデータ変復調を行う通信方式を想定するが、ＳＣ（single carrier）方式等のように時間領域にてデータを変復調する通信方式への適用も同様に可能である。
【００９１】
本実施形態では、各ＵＣＡの各ＯＡＭモードが異なる信号を送信する通信システムを想定するが、受信電力向上等に向け、ＵＣＡの一部のみを用いて通信を行うことや、ダイバーシティ(diversity) 等の目的に向け各ＵＣＡの同一ＯＡＭモードで同一の信号を送信することも可能である。また、送信側の各ＵＣＡの同一ＯＡＭモードに送信事前処理（プリコーディング）処理を行い、その結果を各ＵＣＡの同一ＯＡＭモードが送信することもできる。すなわち、本実施形態では、送信ＵＣＡの同一ＯＡＭモードは異なる信号を送信し、受信側のＵＣＡのそのＯＡＭモードの信号の等化処理による信号分離を想定するが、送信側がチャネル情報を用いて、事前に等化処理等の事前処理を行う送信することもできる。この場合、受信側の等化処理の必要性がなくなるため、送受信側の信号処理負荷の分担ができる長所がある。
【００９２】
受信装置のＲＦ処理部４２の出力信号の式は、以下の式(7) ようになる。本実施形態でも、第１の実施形態のように、チャネル推定用の既知信号とデータ信号を交互に入力する手法や、ＯＦＤＭの複数のキャリアの一部にチャネル推定用の既知信号を挿入し、内挿（interpolation ）等の手法によりチャネル推定を行う手法等が適用できる。
【００９３】
【数７】
2019083475.tif 000009
【００９４】
ここで、Ｎj l は、受信側のｌ番目のＵＣＡｌのＯＡＭモードｊの雑音成分を表す。ここで、チャネル推定部は、既知信号を用いてチャネル推定を行う。すなわち、各ＵＣＡの各ＯＡＭモード間のチャネル推定を行い、Ｈi,j l,k 部分を計算する。チャネル推定処理の結果は干渉除去処理判定部に入力される。
【００９５】
干渉除去処理判定部は、すべてのＨi,j l,k の絶対値（もしくは絶対値の２乗）と、所定の閾値３との比較を行い、パターン２−１，２−２，２−３の判定を行う。
【００９６】
パターン２−１の場合は、各ＵＣＡの異なるＯＡＭモードからの干渉を無視してもよい。すなわち、式(7) を式(8) のように、ＯＡＭモードごとに分離して考えてもよい。
【００９７】
【数８】
2019083475.tif 000010
【００９８】
ここで、（Ｎjl)'は、パターン２−１におけるｌ番目の受信ＵＣＡｌのＯＡＭモードｊ
の雑音を表す。このパターンでは、異なるＯＡＭモード間の干渉は無視するため、無視される他のＯＡＭモードからの干渉も雑音成分に含めて表す。次に、受信側の各ＵＣＡの同一ＯＡＭモード間の信号の等化処理を行う。すなわち、式(9) のようにＯＡＭモードごとの等化処理を行う。
【００９９】
【数９】
2019083475.tif 000011
【０１００】
ここで、Ｅq( )は等化処理を表す。なお、式(9) のＸikは、ｋ番目の送信ＵＣＡｋのＯ
ＡＭモードｉの送信信号の等化処理後の値を表す。なお、Ｘの上につく「＾」や「・」は文中では省略している（以下同様）。この等化処理は、チャネル推定結果と受信ＵＣＡの信号を用いて、ＺＦやＭＭＳＥ等の手法により行えばよい。
【０１０１】
次に、等化処理後の結果を用いて復調処理を行う。式(10)のＸikは、ｋ番目の送信ＵＣ
ＡｋのＯＡＭモードｉの送信信号の等化処理後の信号の復調信号を表す。なお、demod( )は、チャネル符号の復号処理等を含む復調処理を表す。
【０１０２】
【数１０】
2019083475.tif 000012
【０１０３】
パターン２−２の場合は、まず、式(8) のように各ＵＣＡの異なるＯＡＭモードからの干渉を無視してから、式(9) と式(10)のように、各ＵＣＡの同一ＯＡＭモード間の等化処理と復調処理を行い、それらの結果を用いてレプリカを生成し、干渉除去処理の対象となるＯＡＭモード組の干渉除去処理を行う。ここで、干渉除去処理の対象でないＯＡＭモード間の干渉は雑音とみなす。式(7) の受信信号を、各送信ＵＣＡの異なるＯＡＭモードからの干渉成分と同一ＯＡＭモードからの信号に分けると式(11)となる。
【０１０４】
【数１１】
2019083475.tif 000013
【０１０５】
式(11)には、各ＵＣＡの異なるＯＡＭモードからの信号がすべて表されているが、干渉除去処理判定部により、干渉除去処理対象となる信号のみを残し、式(12)のように、他の干渉除去処理の対象でないＯＡＭモード間の干渉は雑音とみなす。
【０１０６】
【数１２】
2019083475.tif 000014
【０１０７】
ここで、第２項のＩは、干渉除去処理判定部により干渉除去対象となるＯＡＭモードの
総数を表し、（Ｎj l)* は、それに含まれてない干渉成分を雑音としてみなした場合の雑
音を表す。本パターンのＳＩＣ処理後の信号は式(13)のように計算する。
【０１０８】
【数１３】
2019083475.tif 000015
【０１０９】
ここで、Ｙjlは、受信装置のｌ番目のＵＣＡｌのＯＡＭモードｊのＳＩＣ処理後の結果を表す。なお、mod(Ｘik）は、送信側のｋ番目のＵＣＡｋのＯＡＭモードｉの送信信号の
レプリカを表す。mod(  ) は、送信装置が行ったチャネル符号化処理を含む変調処理を表す。すなわち、式(13)は、式(10)の復調後の信号と、チャネル推定結果と、ＳＩＣ処理対象をＯＡＭモード組を表すＩを用いて、信号のレプリカを生成し、受信信号がらそのレプリカを引き算する処理を表す。
【０１１０】
次に、干渉除去処理は、式(13)の計算結果（Ｙ-21 ，Ｙ-11 ，Ｙ01 ，Ｙ11 ，Ｙ21）を
復調処理部に入力する。ここで、ｌは受信ＵＣＡｌの数を意味するため、この例では、20個の計算結果が入力される。
【０１１１】
信号復調部は、式(14)のように等化処理を行う。
【数１４】
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【０１１２】
ここで、式(9) では、Ｙj l を用いて等化処理を行っていたが、式(14)では、ＳＩＣ処理後の結果であるを用いて等化処理を行う。
【０１１３】
次に、式(14)の結果を用いて、式(10)で表す復調処理を改めて行う。このパターン２−２では、このような復調処理とレプリカ生成による干渉処理を繰り返して行う。繰り返しの終了は、実施形態１と同様にすればよい。
【０１１４】
パターン２−３では、式(7) のすべての項を用いて、ＺＦやＭＭＳＥ等によりすべてのＯＡＭモードの信号に対し、同時に等化処理を行ってから、各ＯＡＭモードの復調処理を行う。
【０１１５】
このような第２の実施形態は、第１の実施形態と同様の効果がある。すなわち、本発明により、軸ズレやＲＦの不完全性によりＯＡＭモード間の干渉が生じた場合、ＯＡＭモード間の干渉量を考慮して、その処理を要するＯＡＭモード間のみで行うことにより、干渉除去に必要な演算量を削減することができる。また、チャネル推定の演算量の削減も可能となる。特に、ＧＰＳや工学位置調整器なのにより、荒い軸ズレはできたが、精密な軸合わせができなかった場合等、パターン２−２が主となる無線通信環境では、特に演算量の削減効果が大きくなる。また、チャネルの時変動により。パターン２−１，２−２，２−３が時変動する場合、本発明によりチャネル状況に合わせて、適切にＯＡＭモード間干渉除去処理を行うことができるため、常に干渉除去処理をしない手法に比べて、性能改善効果が得られ、また、常にすべてのＯＡＭモードに対する干渉除去処理を行う手法に比べて、演算量削減ができる。
【０１１６】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、第１の実施形態および第２の実施形態において、ＯＡＭビームの特性を用いて、干渉除去処理の負荷をさらに軽減する実施形態である。
【０１１７】
干渉除去処理判定部は、符号だけ異なるＯＡＭモードの干渉のパターンは、類似である特徴を用いて、正の符号のＯＡＭモード同士のみで、干渉除去処理の必要性を判断することで、全体の処理量を減らすことができる。例えば、ＯＡＭモード１からＯＡＭモード2 への干渉の度合いと、ＯＡＭモード１からＯＡＭモード２への干渉の度合いは類似であるため、一方のパターンのみの干渉の度合いだけで閾値と比較することで、全体の信号処理負荷をさらに削減する。また、本発明をデジタルチップ等を用いて実装する際にも正の符号のＯＡＭモード間だけの干渉度合いを判定する回路のみを実装することで、全体の回路規模の削減が可能となる。
【符号の説明】
【０１１８】
１１，３１  デジタル信号処理部
１２，３２  ＲＦ処理部
１３，３３  送信アンテナ部
２１，４１  受信アンテナ部
２２，４２  ＲＦ処理部
２３，４３  デジタル信号処理部
２３１  既知信号・データ信号分離部
２３２  チャネル推定部
２３３  干渉除去処理判定部
２３４  復調処理部
２３５  干渉除去処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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