(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
他の装置との間で軌道角運動量を利用して全二重無線通信を行う通信装置であって、
１つ以上の第１送信信号に位相を与えることにより複数の第２送信信号を生成する送信バトラーマトリクス回路と、
前記複数の第２送信信号のそれぞれを送信する複数の送信アンテナ素子を備える送信等間隔円形アレイアンテナと、
複数の受信アンテナ素子を備える受信等間隔円形アレイアンテナと、
前記複数の送信アンテナ素子のそれぞれと前記複数の受信アンテナ素子のそれぞれとの間の直接波の伝搬距離に基づいて生成された伝搬路行列と、前記１つ以上の第１送信信号と、に基づいて、前記他の装置から送信された１つ以上の信号とともに受信する干渉信号、のレプリカを生成し、受信した信号から前記レプリカを減算する干渉除去回路と、
を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項２】
前記複数の送信アンテナ素子のそれぞれと、前記複数の受信アンテナ素子のそれぞれとは、前記伝搬路行列が巡回対称性を満たすように配置されることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記干渉除去回路は、
前記１つ以上の第１送信信号のそれぞれの振幅を調整する１つ以上の可変増幅器と、
前記１つ以上の可変増幅器により振幅が調整された後の前記１つ以上の第１送信信号のそれぞれの位相を調整する１つ以上の可変移相器と、
前記１つ以上の可変移相器により振幅が調整された後の前記１つ以上の第１送信信号にそれぞれ位相を与えることにより複数の前記レプリカを生成するバトラーマトリクス回路と、
前記複数の受信アンテナ素子のそれぞれが受信した複数の受信信号からそれぞれ対応する複数の前記レプリカを減算する複数の減算器と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記送信等間隔円形アレイアンテナと前記受信等間隔円形アレイアンテナとは、複数の送受信アンテナ素子を備える１つの共用円形アレイアンテナであり、
前記通信装置は、
それぞれが前記複数の送受信アンテナ素子のうち対応する送受信アンテナと接続され、それぞれが、前記対応する送受信アンテナにおける送信信号と受信信号とを分離する複数の方向性結合器と、
を備え、
前記干渉除去回路は、
前記複数の送受信アンテナ素子のそれぞれの内部干渉信号のレプリカを生成し、前記複数の方向性結合器によりそれぞれ分離された複数の前記受信信号から対応する前記内部干渉信号のレプリカをそれぞれ減算し、
前記内部干渉信号は、前記複数の送受信アンテナ素子から送信される複数の送信信号が前記複数の送信信号のそれぞれの送信元の送受信アンテナ素子に回りこむことにより生じる干渉信号であることを特徴とする請求項２または３に記載の通信装置。
【請求項５】
前記複数の送信アンテナ素子は第１の円の円周上に等間隔で配置され、
前記複数の受信アンテナ素子は、前記第１の円の円周上に等間隔で配置され、
前記複数の受信アンテナ素子のそれぞれは、前記複数の送信アンテナ素子のうち隣接する２つの送信アンテナ素子の間に、前記２つの送信アンテナ素子のそれぞれとの間隔が等しくなるように配置されることを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載の通信装置。
【請求項６】
前記複数の送信アンテナ素子は第１の円の円周上に等間隔で配置され、
前記複数の受信アンテナ素子は前記第１の円より半径が小さく前記第１の円と同心円となる第２の円の円周上に等間隔で配置されることを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載の通信装置。
【請求項７】
前記複数の送信アンテナ素子は第１の円の円周上に等間隔で配置され、
前記複数の受信アンテナ素子は前記第１の円より半径が大きく前記第１の円と同心円となる第２の円の円周上に等間隔で配置されることを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載の通信装置。
【請求項８】
１つ以上の第１送信信号に位相を与えることにより複数の第２送信信号を生成する送信バトラーマトリクス回路と複数の第２送信信号のそれぞれを送信する複数の送信アンテナ素子を備える送信等間隔円形アレイアンテナと複数の受信アンテナ素子を備える受信等間隔円形アレイアンテナとを備える通信装置であって他の装置との間で軌道角運動量を利用して全二重無線通信を行う通信装置において、干渉信号のレプリカを生成する干渉信号生成回路であって、
前記複数の送信アンテナ素子のそれぞれと前記複数の受信アンテナ素子のそれぞれとの間の直接波の伝搬距離に基づいて生成された伝搬路行列と、前記１つ以上の第１送信信号と、に基づいて前記レプリカを生成することを特徴とする干渉信号生成回路。
【請求項９】
前記１つ以上の第１送信信号のそれぞれの振幅を調整する１つ以上の可変増幅器と、
前記１つ以上の可変増幅器により振幅が調整された後の前記１つ以上の第１送信信号のそれぞれの位相を調整する１つ以上の可変移相器と、
前記１つ以上の可変移相器により振幅が調整された後の前記１つ以上の第１送信信号に位相を与えることにより複数の前記レプリカを生成するバトラーマトリクス回路と、
を備えることを特徴とする請求項８に記載の干渉信号生成回路。
【請求項１０】
１つ以上の第１送信信号に位相を与えることにより複数の第２送信信号を生成する送信バトラーマトリクス回路と複数の第２送信信号のそれぞれを送信する複数の送信アンテナ素子を備える送信等間隔円形アレイアンテナと複数の受信アンテナ素子を備える受信等間隔円形アレイアンテナとを備える通信装置であって他の装置との間で軌道角運動量を利用して全二重無線通信を行う通信装置、において干渉を除去する制御回路であって、
前記複数の送信アンテナ素子のそれぞれと前記複数の受信アンテナ素子のそれぞれとの間の直接波の伝搬距離に基づいて生成された伝搬路行列と、前記１つ以上の第１送信信号と、に基づいて、前記他の装置から送信された１つ以上の信号とともに受信する干渉信号、のレプリカを生成し、受信した信号から前記レプリカを減算することを特徴とする制御回路。
【請求項１１】
１つ以上の第１送信信号に位相を与えることにより複数の第２送信信号を生成する送信バトラーマトリクス回路と複数の第２送信信号のそれぞれを送信する複数の送信アンテナ素子を備える送信等間隔円形アレイアンテナと複数の受信アンテナ素子を備える受信等間隔円形アレイアンテナとを備える通信装置であって他の装置との間で軌道角運動量を利用して全二重無線通信を行う通信装置における干渉除去方法であって、
前記複数の送信アンテナ素子のそれぞれと前記複数の受信アンテナ素子のそれぞれとの間の直接波の伝搬距離に基づいて生成された伝搬路行列と、前記１つ以上の第１送信信号と、に基づいて、前記他の装置から送信された１つ以上の信号とともに受信する干渉信号、のレプリカを生成する第１ステップと、
受信した信号から前記レプリカを減算する第２ステップと、
を含むことを特徴とする干渉除去方法。
【請求項１２】
１つ以上の第１送信信号に位相を与えることにより複数の第２送信信号を生成する送信バトラーマトリクス回路と複数の第２送信信号のそれぞれを送信する複数の送信アンテナ素子を備える送信等間隔円形アレイアンテナと複数の受信アンテナ素子を備える受信等間隔円形アレイアンテナとを備える通信装置であって他の装置との間で軌道角運動量を利用した通信を行う通信装置に実行させるプログラムを記憶するプログラム記憶媒体であって、
前記プログラムは、
前記複数の送信アンテナ素子のそれぞれと前記複数の受信アンテナ素子のそれぞれとの間の直接波の伝搬距離に基づいて生成された伝搬路行列と、前記１つ以上の第１送信信号と、に基づいて、前記他の装置から送信された１つ以上の信号とともに受信する干渉信号、のレプリカを生成する第１ステップと、
受信した信号から前記レプリカを減算する第２ステップと、
を前記通信装置に実行させることを特徴とするプログラム記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軌道角運動量を利用した全二重通信を行う通信装置、干渉信号生成回路、制御回路、干渉除去方法およびプログラム記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
新たな空間多重伝送方式として、軌道角運動量（Ｏｒｂｉｔａｌ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｍｏｍｅｎｔｕｍ：ＯＡＭ）を利用した無線通信システムに注目が集まっている。ＯＡＭは、電波の状態を示す物理量の１つであり、進行方向に垂直な平面における位相の回転の状態で表す。ＯＡＭを利用した無線通信では、電波は、進行方向に対して等位相面が螺旋状となるように生成される。このように生成された電波はＯＡＭ波と呼ばれる。１波長あたりのＯＡＭ波の位相の回転数はＯＡＭモードと呼ばれる。送信装置から送信されたＯＡＭ波は、送信されたＯＡＭ波と同じＯＡＭモードに対応した受信装置によって受信可能である。ＯＡＭモードが互いに異なる複数のＯＡＭ波は直交するため、ＯＡＭモードの異なる複数のＯＡＭ波を合成することで空間分割多重（Ｓｐａｔｉａｌ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＳＤＭ）伝送が可能となる。ＯＡＭモードの異なる複数のＯＡＭ波を用いた空間分割多重は、ＯＡＭ多重と呼ばれる。受信装置は、送信装置によってＯＡＭ多重された信号を、ＯＡＭ多重で用いられた複数のＯＡＭモードごとに分離する。【０００３】
ＯＡＭ波の生成方法には、様々な方法があるが、等間隔円形アレイ（Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｃｉｒｃｕｌａｒ  Ａｒｒａｙ：ＵＣＡ）アンテナを用いた方法が、特に、注目を集めている。これは、ＵＣＡアンテナを用いてＯＡＭ波を生成すると、様々なＯＡＭモードのＯＡＭ波を送信および受信できるので、汎用性が高いためである。ＵＣＡアンテナを用いてＯＡＭ多重が行われる場合には、バトラーマトリクス（Ｂｕｔｌｅｒ  Ｍａｔｒｉｘ）回路などによって、互いに異なるＯＡＭモードに割り当てられた複数の送信信号に、それぞれのＯＡＭモードに対応した位相回転が与えられる。そして、位相回転後のこれら複数の送信信号が合成されてＵＣＡから電波として放射される。【０００４】
近年、ＯＡＭを用いた全二重無線通信システムが提案されている。ＯＡＭを用いた無線通信では、ＯＡＭの直交性を利用することにより、同一周波数を用いてかつ同時送受信が可能な全二重無線通信システムを実現することができる。特許文献１には、ＯＡＭの直交性を利用して、送信と受信とで異なるＯＡＭモードを用いることで、同一周波数を用いてかつ同時に送受信を行う全二重無線通信システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２０７７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術によれば、ＯＡＭの直交性のみを送受信の分離に利用している。一方、同一周波数を用いてかつ同時に送受信を行う場合、通信装置が送信した送信信号が受信アンテナへ回り込むことにより、自己干渉（ｓｅｌｆ-ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）が生じることがある。すなわち、ＯＡＭを用いた通信を行う第１通信装置が、通信相手である第２通信装置から信号を受信するときに、第１通信装置から第２通信装置へ送信される信号が干渉信号となることがある。この干渉信号は、第１通信装置にとって信号を受信するときの雑音となるため、低減されることが望ましい。しかしながら、ＯＡＭの直交性を用いた送受信の分離だけでは、自己干渉の低減が十分でないことがある。自己干渉を低減させる方法として、各通信装置が、干渉信号のレプリカを生成してこのレプリカを受信信号から差し引く方法が考えられるが、特許文献１には、干渉信号のレプリカの生成方法は開示されていない。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、通信相手への第１信号の送信と、通信相手からの第２信号の受信との両方を、ＯＡＭを用いた通信方式で行う通信装置であって、第１信号によって生じる干渉信号のレプリカを生成することができる通信装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる通信装置は、他の装置との間で軌道角運動量を利用して全二重無線通信を行う通信装置であって、１つ以上の第１送信信号に位相を与えることにより複数の第２送信信号を生成する送信バトラーマトリクス回路と、複数の第２送信信号のそれぞれを送信する複数の送信アンテナ素子を備える送信等間隔円形アレイアンテナと、複数の受信アンテナ素子を備える受信等間隔円形アレイアンテナと、複数の送信アンテナ素子のそれぞれと複数の受信アンテナ素子のそれぞれとの間の直接波の伝搬距離に基づいて生成された伝搬路行列と、１つ以上の第１送信信号と、に基づいて、他の装置から送信された１つ以上の信号とともに受信する干渉信号、のレプリカを生成し、受信した信号からレプリカを減算する干渉除去回路、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる通信装置は、通信相手への第１信号の送信と、通信相手からの第２信号の受信との両方を、ＯＡＭを用いた通信方式で行う通信装置であって、第１信号によって生じる干渉信号のレプリカを生成することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１にかかる通信装置の構成例を示す図
【図２】実施の形態１の送信ＢＭ回路の入力ポートおよび出力ポートの一例を示す図
【図３】実施の形態１の受信ＢＭ回路の入力ポートおよび出力ポートの一例を示す図
【図４】実施の形態１の分離回路およびＵＣＡの構成例を示す図
【図５】実施の形態１の第１干渉除去回路の構成例を示す図
【図６】実施の形態１のアンテナ素子の配置例を示す図
【図７】実施の形態１の第１のアンテナ素子であるアンテナ素子と、他のアンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬距離を示す図
【図８】第１のアンテナ素子に隣接する第２のアンテナ素子と、他のアンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬距離を示す図
【図９】実施の形態１の第２干渉除去回路の構成例を示す図
【図１０】実施の形態２にかかる通信装置の構成例を示す図
【図１１】実施の形態２の干渉除去回路の構成例を示す図
【図１２】実施の形態２の送信ＵＣＡおよび受信ＵＣＡの構成例を示す図
【図１３】実施の形態３の送信ＵＣＡおよび受信ＵＣＡのそれぞれのアンテナ素子の配置例を示す図
【図１４】実施の形態３の送信ＵＣＡおよび受信ＵＣＡのそれぞれのアンテナ素子の別の配置例を示す図
【図１５】各実施の形態の処理回路がＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を備える場合の処理回路の構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態にかかる通信装置、干渉信号生成回路、制御回路、干渉除去方法およびプログラム記憶媒体を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる通信装置の構成例を示す図である。本実施の形態の通信装置１００−１は、送信バトラーマトリクス回路（以下、送信ＢＭ回路と略す）１と、受信バトラーマトリクス回路（以下、受信ＢＭ回路と略す）２と、分離回路３と、等間隔円形アレイアンテナ（以下、ＵＣＡと略す）４とを備える。図１には、通信装置１００−１の通信相手となる通信装置１００−２も図示している。
【００１３】
通信装置１００−１は、他の装置との間で軌道角運動量（ＯＡＭ）を利用して全二重無線通信を行う。詳細には、通信装置１００−１は、同一周波数を用いてかつ同時に送受信を行うことが可能な全二重無線通信を行う。なお、通信装置１００−１は、同一周波数を用いてかつ同時に送受信を行うことが可能であるが、送受信を常時同時に行う必要はなく、また複数の周波数を切替えて使用するなど、複数の周波数を用いた通信を行ってもよい。通信装置１００−２の構成は通信装置１００−１と同様である。
【００１４】
送信ＢＭ回路１は、複数の入力ポートと複数の出力ポートとを備え、当該複数の入力ポートのうち少なくとも１つから入力される１つ以上の送信信号に、入力ポートごとに異なる位相回転を与えて出力する。送信ＢＭ回路１は、１つ以上の送信信号である１つ以上の第１送信信号に位相を与えることにより複数の第２送信信号を生成する。図２は、本実施の形態の送信ＢＭ回路１の入力ポートおよび出力ポートの一例を示す図である。図２に示すように、送信ＢＭ回路１は、複数の入力ポートの一例である入力ポート１１−１〜１１−Ｍ（Ｍは２以上の整数）と、複数の出力ポートの一例である出力ポート１２−１〜１２−Ｎ（Ｎは２以上の整数）とを備える。入力ポートの数であるＭは、通信装置１００−１が多重することが可能な最大の送信信号の数に対応する。送信ＢＭ回路１の入力信号および出力信号については後述する。送信ＢＭ回路１の出力ポート１２−１〜１２−Ｎからそれぞれ出力される複数の第２送信信号のそれぞれを、以下送信ＯＡＭ信号とも呼ぶ。
【００１５】
送信ＢＭ回路１から出力される複数の送信ＯＡＭ信号は、分離回路３を経由して、ＵＣＡ４に入力される。分離回路３については後述する。ＵＣＡ４は、送信ＢＭ回路１から入力された送信ＯＡＭ信号を電波として放射する。ＵＣＡ４は、環状に並んだ複数のアンテナ素子を備える。ＵＣＡ４が備えるアンテナ素子の数は、送信ＢＭ回路１の出力ポートの数と同じである。通信装置１００−１は、このように、１つ以上の送信信号に送信ＢＭ回路１によって位相回転を与えた後に、当該送信信号をＵＣＡ４から電波として送出することで、１つ以上の送信信号をＯＡＭ波として送信することができる。送信ＢＭ回路１の複数の入力ポートにそれぞれ複数の送信信号が入力される場合には、これらの送信信号がＯＡＭ多重されることになる。バトラーマトリクス回路とＵＣＡとを用いてＯＡＭ多重を行う方法は、一般的な方法と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００１６】
本実施の形態の通信装置１００−１が備えるＵＣＡ４は、送信と受信との両方に用いられる送受信アンテナである。すなわち、ＵＣＡ４は、送信等間隔アレイアンテナでもあり、受信等間隔アレイアンテナでもある共用等間隔アレイアンテナである。ＵＣＡ４は、通信装置１００−１と同様の構成を有する通信装置１００−２から、ＯＡＭ多重された信号を電波として受信する。ＵＣＡ４は、受信した信号を分離回路３へ出力する。上述したように、通信装置１００−１は、同一周波数を用いてかつ同時に送受信を行うことが可能であり、かつＵＣＡ４は送受信アンテナであるため、ＵＣＡ４は電波の送出と電波の受信を同時に行うことが可能である。このため、ＵＣＡ４に接続される伝送線路は、ＵＣＡ４が受信した信号と送信ＯＡＭ信号との両方を伝送する。分離回路３は、伝送線路において進行波と反射波とを分離することによって、ＵＣＡ４が受信した信号と送信ＯＡＭ信号とを分離する。分離回路３は、分離した送信ＯＡＭ信号をＵＣＡ４へ出力する。また、分離回路３は、分離した、ＵＣＡ４の各アンテナ素子が受信した信号からそれぞれ干渉信号のレプリカを減算し、レプリカを減算した後の信号のそれぞれを受信ＯＡＭ信号として受信ＢＭ回路２へ出力する。分離回路３の動作の詳細については後述する。
【００１７】
受信ＢＭ回路２は、複数の入力ポートと複数の出力ポートとを備え、送信ＢＭ回路１が行う処理の逆の処理を行う。これにより、受信ＢＭ回路２は、ＯＡＭ多重された受信ＯＡＭ信号を、分離することができる。すなわち、通信装置１００−１は、通信装置１００−２においてＯＡＭ多重された複数の送信信号のそれぞれに対応する受信信号を得ることができる。図３は、本実施の形態の受信ＢＭ回路２の入力ポートおよび出力ポートの一例を示す図である。図３に示すように、受信ＢＭ回路２は、複数の入力ポートの一例である入力ポート２２−１〜２２−Ｎと、複数の出力ポートの一例である出力ポート２１−１〜２１−Ｍと、を備える。このように、受信ＢＭ回路２の入力ポートの数は、送信ＢＭ回路１の出力ポートの数と同じであり、受信ＢＭ回路２の出力ポートの数は送信ＢＭ回路１の入力ポートの数と同じである。ＵＣＡとバトラーマトリクス回路とを用いてＯＡＭ多重された信号を分離する方法は、一般的な方法と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００１８】
次に、本実施の形態の分離回路３について説明する。図４は、本実施の形態の分離回路３およびＵＣＡ４の構成例を示す図である。分離回路３は、図４に示すように、方向性結合器５−１〜５−Ｎと、第１干渉除去回路６と、第２干渉除去回路７とを備える。ＵＣＡ４は、アンテナ素子４１−１〜４１−Ｎを備える。
【００１９】
送信ＢＭ回路１の出力ポート１２−１〜１２−Ｎからそれぞれ出力された送信ＯＡＭ信号は、方向性結合器５−１〜５−Ｎに入力されるとともに、第１干渉除去回路６へも入力される。また、方向性結合器５−１〜５−Ｎのそれぞれは、ＵＣＡ４のアンテナ素子４１−１〜４１−Ｎと伝送線路で接続されている。方向性結合器５−ｉ（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）は、送信ＢＭ回路１の出力ポート１２−ｉから出力された送信ＯＡＭ信号をＵＣＡ４のアンテナ素子４１−ｉへ出力する。アンテナ素子４１−ｉと方向性結合器５−ｉとの間の各伝送線路は、アンテナ素子４１−ｉにより受信された信号と方向性結合器５−ｉからアンテナ素子４１−ｉへ向けて出力された信号とを伝送する。方向性結合器５−ｉは、対応する伝送線路における進行波と反射波とを分離することにより、アンテナ素子４１−ｉが受信した受信信号と、ＵＣＡ４のアンテナ素子４１−ｉへ出力した送信ＯＡＭ信号とを分離し、アンテナ素子４１−ｉが受信した受信信号を第１干渉除去回路６へ出力する。このように、方向性結合器５−１〜５−Ｎは、それぞれがアンテナ素子４１−１〜４１−Ｎのうち対応するアンテナ素子と接続され、それぞれが、対応する送受信アンテナにおける送信信号と受信信号とを分離する。
【００２０】
ここで、本実施の形態における干渉除去について説明する。本実施の形態の通信装置１００−１は、通信相手である通信装置１００−２への第１信号の送信と、通信装置１００−２からの第２信号の受信との両方を、ＯＡＭを用いた通信方式で行う。第１信号は、通信装置１００−１によりＯＡＭ多重された信号であり、第２信号は通信装置１００−２によりＯＡＭ多重された信号である。通信装置１００−１は、第２信号を受信するが、第２信号の受信と第１信号の送信とが同時に行われると、自己干渉が生じることがある。本実施の形態では、分離回路３は自己干渉を低減させる機能を有することにより、自己干渉の影響を抑制する。
【００２１】
自己干渉としては、あるアンテナ素子から送信される信号が当該アンテナ素子自身に影響を与えるアンテナ内干渉と、あるアンテナ素子から送信された信号が他のアンテナ素子に影響を与えるアンテナ間干渉と、が例示される。アンテナ内干渉は、例えば、あるアンテナ素子で送信する信号が反射、回折などにより当該アンテナ素子で受信されることにより生じる。また、方向性結合器５−１〜５−Ｎにおいてポート分離が不十分であるために方向性結合器５−１〜５−Ｎのそれぞれの送信ポートからそれぞれの受信ポートへ信号が回り込むことにより生じる干渉もアンテナ内干渉の一例である。なお、ここでいうアンテナ内とは、実際のアンテナ素子内部だけを意味するのではなく、単一のアンテナ素子に対応する系を示し、対応する方向性結合器も含む。アンテナ間干渉は、例えば、あるアンテナ素子から送信された信号が他のアンテナ素子で受信されることにより生じる。また、方向性結合器５−１〜５−Ｎのポート間漏洩により、ある方向性結合器から出力された信号が別の方向性結合器へ回り込む場合もアンテナ間干渉となる。
【００２２】
以下アンテナ内干渉を第１自己干渉とも呼び、アンテナ間干渉を第２自己干渉とも呼ぶ。第１自己干渉は、アンテナが送信と受信とで共用される場合に受信処理に影響を与える。第２自己干渉は、アンテナが送信と受信とで別に設けられる場合と送信と受信とで共用される場合との両方で受信処理に影響を与える。本実施の形態では、ＵＣＡ４が送受信アンテナであるため、通信装置１００−１は、第１自己干渉と第２自己干渉との両方の影響を受ける。このため、本実施の形態の分離回路３は、第１自己干渉と第２自己干渉との両方を低減させる機能を有する。
【００２３】
第１干渉除去回路６は、送信ＢＭ回路１の出力ポート１２−ｉから入力された送信ＯＡＭ信号を用いて、方向性結合器５−ｉから入力された受信信号から第１自己干渉を除去する。なお、以下、干渉を低減させることを、干渉を除去するともいう。すなわち、干渉を除去するとは、干渉の除去が干渉成分を完全に取り除く場合だけでなく、干渉が低減されることも意味する。第１干渉除去回路６は、第１自己干渉が除去されたＮ個の受信信号を第２干渉除去回路７へ出力する。
【００２４】
次に、本実施の形態の動作と、第１自己干渉の除去および第２自己干渉の除去の詳細とについて説明する。送信ＢＭ回路１は、図２に示したように、入力ポート１１−１〜１１−Ｍを有する。入力ポート１１−１〜１１−Ｍにそれぞれ入力されるＭ個の送信信号を、それぞれＸ０〜ＸＭ−１とする。入力ポート１１−１〜１１−Ｍのそれぞれは、互いに異なるＯＡＭモードに対応する。送信信号Ｘｍ（ｍ＝０，１，・・・，Ｍ−１）を、ｍ番目のＯＡＭモードの送信信号と呼ぶ。また、送信ＢＭ回路１の出力ポート１２−１〜１２−Ｎからそれぞれ出力される送信ＯＡＭ信号をそれぞれｘ０〜ｘＮ−１とする。送信ＢＭ回路１における処理は、離散フーリエ変換演算と同等であり、ｎ（ｎ＝０，１，・・・，Ｎ−１）番目の送信ＯＡＭ信号ｘｎは、以下の式（１）で表現できる。なお、ｊは虚数単位である。
【００２５】
【数１】
0006877639.tif 000002
【００２６】
なお、送信ＢＭ回路１における処理は、離散フーリエ変換行列Ｆを用いて、以下の式（２）のように表現することもできる。
【００２７】
【数２】
0006877639.tif 000003
【００２８】
受信ＢＭ回路２は、図３に示したように、入力ポート２２−１〜２２−Ｎと、出力ポート２１−１〜２１−Ｍとを有する。受信ＢＭ回路２の入力ポート２２−１〜２２−Ｍにそれぞれ入力されるＭ個の受信ＯＡＭ信号を、それぞれｙ０〜ｙＮ−１とする。また、受信ＢＭ回路２の出力ポート２１−１〜２１−Ｍからそれぞれ出力される受信信号をそれぞれＹ０〜ＹＭ−１とする。受信ＢＭ回路２における処理は、逆離散フーリエ変換演算と同等であり、ｍ（ｍ＝０，１，・・・，Ｍ−１）番目のＯＡＭモードの受信信号Ｙｍは、以下の式（３）で表現できる。受信信号Ｙｍは、通信装置１００−２から送信されたｍ番目のＯＡＭモードの送信信号に対応する受信である。
【００２９】
【数３】
0006877639.tif 000004
【００３０】
なお、受信ＢＭ回路２における処理は、離散フーリエ変換行列Ｆを用いて、以下の式（４）のように表現することもできる。右肩のＨは、エルミート共役を示す。
【００３１】
【数４】
0006877639.tif 000005
【００３２】
次に、分離回路３の動作を説明する。図４に示すように、アンテナ素子４１−１〜４１−Ｎでそれぞれ受信された信号をそれぞれ受信ＯＡＭ信号ｕ０〜ｕＮ−１とする。アンテナ素子４１−１〜４１−Ｎと方向性結合器５−１〜５−Ｎとをそれぞれ接続するＮ個の伝送線路は、それぞれ受信ＯＡＭ信号ｕ０〜ｕＮ−１と送信ＯＡＭ信号ｘ０〜ｘＮ−１とを伝送する。なお、図４では、図示の都合から、アンテナ素子４１−２に対応する受信ＯＡＭ信号ｕ１および送信ＯＡＭ信号ｘ１の図示を省略している。
【００３３】
上述したように、方向性結合器５−ｉは、アンテナ素子４１−ｉが受信した受信ＯＡＭ信号ｕｉ−１と、アンテナ素子４１−ｉへ出力した送信ＯＡＭ信号ｘｉ−１とを分離し、受信ＯＡＭ信号ｕｉ−１を第１干渉除去回路６へ出力する。第１干渉除去回路６は、方向性結合器５−１〜５−Ｎから出力された受信ＯＡＭ信号にそれぞれ含まれる送信ＯＡＭ信号ｘ０〜ｘＮ−１による第１自己干渉を除去するものである。以下、第１自己干渉における干渉信号を第１干渉信号と呼ぶ。第１干渉信号は、複数の送受信アンテナ素子であるアンテナ素子４１−１〜４１−Ｎから送信される複数の送信信号が、複数の送信信号のそれぞれの送信元のアンテナ素子４１−１〜４１−Ｎに回りこむことにより生じる干渉信号である。
【００３４】
方向性結合器５−ｉから出力された受信ＯＡＭ信号に含まれる第１干渉信号は、例えば、送信ＢＭ回路１から出力された送信ＯＡＭ信号ｘｉ−１が、方向性結合器５−ｉおよびアンテナ素子４１−ｉを経由して再び方向性結合器５−ｉへ入力されて方向性結合器５−ｉから出力されたものである。この送信ＯＡＭ信号ｘｉ−１の伝搬路を第１干渉伝搬路と呼ぶ。第１干渉伝搬路は、アンテナ素子４１−ｉから送信する送信ＯＡＭ信号ｘｉ−１がアンテナ素子４１−ｉの受信処理を行う系で受信されるループバックチャネルである。第１干渉伝搬路には、例えば、アンテナ素子４１−ｉ内の反射、回折などを経て同一のアンテナ素子４１−ｉで受信される伝搬路、および方向性結合器５−ｉ内のポート間の漏洩伝搬路のうちの１つ以上が含まれる。方向性結合器５−ｉから出力された受信ＯＡＭ信号に含まれる第１干渉信号は、送信ＯＡＭ信号ｘｉ−１が第１干渉伝搬路を経由することにより振幅および位相が変化したものである。したがって、通信装置１００−１は、送信ＯＡＭ信号ｘｉ−１の振幅および位相を第１干渉伝搬路の伝達関数に合わせて調整することで、第１干渉信号のレプリカ（複製）を生成することができる。
【００３５】
本実施の形態では、分離回路３の第１干渉除去回路６が、送信ＯＡＭ信号ｘ０〜ｘＮ−１のそれぞれに対応するＮ個の第１干渉信号のレプリカを生成して、方向性結合器５−１〜５−Ｎから入力される信号から、このレプリカを減算する。これにより、第１干渉除去回路６は、第１自己干渉を除去することができる。
【００３６】
図５は、本実施の形態の第１干渉除去回路６の構成例を示す図である。図５に示すように、第１干渉除去回路６は、可変増幅器６１−１〜６１−Ｎと、可変移相器６２−１〜６２−Ｎと、減算器６３−１〜６３−Ｎとを備える。可変増幅器６１−１〜６１−Ｎのそれぞれは、利得を変更可能な増幅器である。可変移相器６２−１〜６２−Ｎのそれぞれは、移相量を変更可能な移相器である。可変増幅器６１−１〜６１−Ｎのそれぞれは、対応する送信ＯＡＭ信号ｘ０〜ｘＮ−１の振幅を、設定された利得に基づいて増幅し、増幅後の信号を、対応する可変移相器６２−１〜６２−Ｎへそれぞれ出力する。可変移相器６２−１〜６２−Ｎのそれぞれは、入力された信号の位相を設定された移相量だけ変化させ、位相を変化させた信号を、対応する減算器６３−１〜６３−Ｎへそれぞれ出力する。可変増幅器６１−１〜６１−Ｎのそれぞれの利得と、可変移相器６２−１〜６２−Ｎのそれぞれの移相量とを、第１干渉伝搬路における振幅および位相の変化に基づいて設定しておく。これにより、可変移相器６２−１〜６２−Ｎから対応する減算器６３−１〜６３−Ｎへ出力される信号は、第１干渉信号のレプリカとなる。なお、第１干渉伝搬路における伝達関数、すなわち振幅および位相の変化は、設計値に基づいて算出されてもよいし、あらかじめ試験などにより取得しておいてもよい。
【００３７】
減算器６３−１〜６３−Ｎのそれぞれは、対応する可変移相器６２−１〜６２−Ｎから入力された信号を、対応する方向性結合器５−１〜５−Ｎから出力された信号から減算し、減算した結果を第２干渉除去回路７へ出力する。減算器６３−１〜６３−Ｎから出力される信号をそれぞれ受信ＯＡＭ信号ｚ０〜ｚＮ−１とする。受信ＯＡＭ信号ｚ０〜ｚＮ−１は、方向性結合器５−ｉから出力された受信ＯＡＭ信号から、第１干渉信号のレプリカが減算されたものである。
【００３８】
次に、第２干渉除去回路７について説明する。第２干渉除去回路７は、他の装置である通信装置１００−２から送信された１つ以上の信号とともに受信する干渉信号、のレプリカを、他の装置へ送信する１つ以上の送信信号である送信信号Ｘ０〜ＸＭ−１に基づいて生成し、受信した信号からレプリカを減算する。具体的には、第１干渉除去回路６から入力される受信ＯＡＭ信号ｚ０〜ｚＮ−１から、アンテナ間干渉である第２自己干渉を除去する。以下、第２自己干渉における干渉信号を第２干渉信号と呼ぶ。第２干渉信号は、アンテナ素子４１−ｉから送信される送信ＯＡＭ信号ｘｉ−１が、アンテナ素子４１−ｋ（ｋ≠ｉ）で受信された信号に影響する干渉信号である。
【００３９】
ここで、受信ＯＡＭ信号ｚｋ−１は、アンテナ素子４１−ｋで受信されて、方向性結合器５−ｋおよび第１干渉除去回路６を経由して第２干渉除去回路７に入力される。受信ＯＡＭ信号ｚｋ−１に含まれる第２干渉信号は、例えば、送信ＢＭ回路１から出力された送信ＯＡＭ信号ｘｉ−１が、方向性結合器５−１〜５−Ｎのいずれか１つ以上と、アンテナ素子４１−１〜４１−Ｎのいずれか１つ以上とのうちの少なくとも１つを経由して、方向性結合器５−ｋの第１干渉除去回路６へ向かうポートから出力されたものである。そして、この送信ＯＡＭ信号ｘｉ−１が、方向性結合器５−ｋから出力されて第１干渉除去回路６を介して第２干渉除去回路７へ入力される。この送信ＯＡＭ信号ｘｉ−１の伝搬路を第２干渉伝搬路と呼ぶ。受信ＯＡＭ信号ｚｋ−１に含まれる第２干渉信号は、送信ＯＡＭ信号ｘ０〜ｘＮ−１のうち複数の送信ＯＡＭ信号がそれぞれに対応する第２干渉伝搬路を介して第２干渉除去回路７へ入力されたものの足し合わせの場合もある。
【００４０】
第２干渉伝搬路としては、様々な伝搬路が考えられる。例えば、第２干渉伝搬路として、送信ＯＡＭ信号ｘｉ−１が、アンテナ素子４１−ｉから電波として送出された後に反射、回折などの影響を受けずに、他のアンテナ素子であるアンテナ素子４１−ｋで受信される見通し（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ）通信路が挙げられる。また、第２干渉伝搬路として、反射、回折などの影響を受けて送信信号が受信アンテナに入る見通し外（ｎｏｎ−ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ）通信路が挙げられる。見通し外通信路は、伝搬距離に応じた距離減衰だけでなく、反射、回折などによる信号レベルの減衰がある。このため、第２干渉信号は、反射、回折などによる減衰の生じない見通し通信路を経由した送信ＯＡＭ信号ｘｉ−１が支配的となる。したがって、本実施の形態の第２干渉除去回路７は、見通し通信路を経由した送信ＯＡＭ信号ｘｉ−１を第２干渉信号として扱い、第２干渉信号のレプリカを受信ＯＡＭ信号ｚｋ−１から減算することで、第２自己干渉の除去を行う。
【００４１】
受信ＯＡＭ信号ｚ０〜ｚＮ−１にそれぞれ含まれる、見通し通信路を経由した送信ＯＡＭ信号ｘ０〜ｘＮ−１は、以下の式（５）で表現できる。なお、式（５）の左辺のｙｖｎ（式中のハーチェクを文章中では上付きのｖで示す）は、受信ＯＡＭ信号ｚｎに含まれる、見通し通信路を経由した送信ＯＡＭ信号ｘ０〜ｘＮ−１である。また、ｈｋ，ｌは、アンテナ素子４１−（ｌ＋１）とアンテナ素子４１−（ｋ＋１）との間の見通し通信路のインパルス応答を示す。
【００４２】
【数５】
0006877639.tif 000006
【００４３】
ｈｋ，ｌは、以下の式（６）で表すことができる。
【００４４】
【数６】
0006877639.tif 000007
【００４５】
なお、ｄｋ，ｌは、アンテナ素子４１−（ｌ＋１）とアンテナ素子４１−（ｋ＋１）との間の伝搬距離を示す。なお、式（５）の行列では対角成分、すなわち送信するアンテナ素子と受信するアンテナ素子とが同一である場合に対応する要素、も含まれるが、伝搬距離が０であるため、式（５）の行列では対角成分は０となる。また、βは、全アンテナ素子４１−１〜４１−Ｎで共通の減衰量および位相回転を示し、λは、アンテナ素子４１−１〜４１−Ｎが送信する電波の波長を示している。式（６）から、ｈｋ，ｌは、アンテナ素子間の伝搬距離に依存していることがわかる。
【００４６】
ここで、ＵＣＡ４は、アンテナ素子４１−１〜４１−Ｎが、円周上に等間隔で並んだものである。本実施の形態では、アンテナ素子４１−１〜４１−Ｎは、それぞれが送信アンテナ素子であるとともに受信アンテナ素子でもある。すなわち、アンテナ素子４１−１〜４１−Ｎのそれぞれは、送受信アンテナ素子である。図６は、本実施の形態のアンテナ素子４１−１〜４１−Ｎの配置例を示す図である。図６に示した例ではＮを８としている。図６に示すように、アンテナ素子４１−１〜４１−８は、同一平面内で環状に等位相間隔で並んでいる。このように、同一平面内で環状に等位相間隔でアンテナ素子４１−１〜４１−８が並ぶことから、あるアンテナ素子４１−１〜４１−８からみた他のアンテナ素子４１−１〜４１−８への伝搬距離は、アンテナ素子４１−１〜４１−８によらず、同様である。
【００４７】
図７は、本実施の形態の第１のアンテナ素子であるアンテナ素子４１−１と、他のアンテナ素子４１−２〜４１−８のそれぞれとの間の伝搬距離を示す図である。図８は、第１のアンテナ素子に隣接する第２のアンテナ素子であるアンテナ素子４１−２と、他のアンテナ素子４１−１，４１−３〜４１−８のそれぞれとの間の伝搬距離を示す図である。図８および図７では、伝搬距離を、起点となるアンテナ素子４１−１，４１−２のそれぞれから、他のアンテナ素子へ向かう矢印の長さで示している。例えば、図７において、アンテナ素子４１−１とアンテナ素子４１−２との間の伝搬距離は、アンテナ素子４１−１からアンテナ素子４１−２へ向かう矢印の長さで示される。図７と図８からわかるように、各矢印の起点および終点となるアンテナ素子の番号は異なるものの、起点となるアンテナ素子を一致させるように回転させると、各矢印は図７と図８とで一致する。アンテナ素子４１−１〜４１−８のうち１つのアンテナ素子を起点とする他のアンテナ素子４１−１〜４１−８との間の７つの伝搬距離は、起点となるアンテナ素子を変更しても、７つの伝搬距離の値自体は同じである。
【００４８】
このため、ｈｋ，ｌは、以下の式（７）で表すことができる。下記式（７）に示す関係を満たすとき、アンテナ素子４１−１〜４１−８のそれぞれと、アンテナ素子４１−１〜４１−８のそれぞれとの間の直接波の伝搬距離に基づいて生成される伝搬路行列すなわち式（５）の右辺の行列が、巡回対称性を満たすと表現する。
【００４９】
【数７】
0006877639.tif 000008
【００５０】
したがって、式（５）の右辺の行列、すなわち見通し通信路を示す行列ＨＣは、以下の式（８）に示す巡回行列で表すことができる。
【００５１】
【数８】
0006877639.tif 000009
【００５２】
ここで、任意の巡回行列は、離散フーリエ変換行列を用いて対角化が可能であるから、以下の式（９）のように対角行列ＨＤを得ることができる。
【００５３】
【数９】
0006877639.tif 000010
【００５４】
以上から、第２干渉信号は、以下の式（１０）で表現できる。
【００５５】
【数１０】
0006877639.tif 000011
【００５６】
式（１０）より、送信信号Ｘ０〜ＸＭ−１に、対角行列ＨＤを乗算した後に、離散フーリエ変換を施すことで第２干渉信号が得られることがわかる。対角行列ＨＤは、式（５）〜式（８）により、第２干渉伝搬路の伝搬距離に応じて算出することができる。第２干渉除去回路７は、送信信号Ｘ０〜ＸＭ−１のそれぞれの振幅および位相を、第２干渉伝搬路に応じた行列に応じて変化させ、振幅および位相を変化させた結果に離散フーリエ変換を施すことで第２干渉信号のレプリカを生成することができる。すなわち、第２干渉除去回路７は、アンテナ素子４１−１〜４１−Ｎのそれぞれとアンテナ素子４１−１〜４１−Ｎのそれぞれとの間の直接波の伝搬距離に基づいて生成された伝搬路行列と、送信信号Ｘ０〜ＸＭ−１と、に基づいて第２干渉信号のレプリカを生成する。なお、伝搬路行列については、直接波の伝搬距離に基づいてすなわち設計値に基づいて算出してもよいし、試験により測定されてもよい。例えば、テスト信号をある１つのアンテナ素子から送信して、各アンテナ素子で受信することにより、伝搬路行列を取得してもよい。上述したとおり、バトラーマトリクス回路における処理は離散フーリエ変換と同様であるため、第２干渉除去回路７においてバトラーマトリクス回路を用いた離散フーリエ変換を行うことで簡易な回路構成で第２自己干渉の除去を行うことができる。
【００５７】
図９は、本実施の形態の第２干渉除去回路７の構成例を示す図である。図９に示すように、第２干渉除去回路７は、可変増幅器７１−１〜７１−Ｍと、可変移相器７２−１〜７２−Ｍと、バトラーマトリクス回路（以下、ＢＭ回路と略す）７３と、減算器７４−１〜７４−Ｎとを備える。
【００５８】
なお、上述した通りＭはＯＡＭ多重可能な最大の数であり、実際に入力される送信信号Ｘ０〜ＸＭ−１は、１つ以上であればよい。このため、可変増幅器７１−１〜７１−Ｍのうちの１つ以上が、１つ以上の第１送信信号である送信信号Ｘ０〜ＸＭ−１のそれぞれの振幅を調整すればよい。また、可変移相器７２−１〜７２−Ｍのうち１つ以上が、１つ以上の可変増幅器７１−１〜７１−Ｍにより振幅が調整された後の１つ以上の送信信号Ｘ０〜ＸＭ−１のそれぞれの位相を調整すればよい。
【００５９】
可変増幅器７１−１〜７１−Ｍのそれぞれは、利得を変更可能な増幅器である。可変移相器７２−１〜７２−Ｍのそれぞれは、移相量を変更可能な移相器である。可変増幅器７１−１〜７１−Ｍのそれぞれは、対角行列ＨＤの対応する要素に応じて利得が設定される。可変移相器７２−１〜７２−Ｍのそれぞれの移相量は、対角行列ＨＤの対応する要素に応じて設定される。可変増幅器７１−１〜７１−Ｍのそれぞれは、対応する送信信号Ｘ０〜ＸＭ−１の振幅を、設定された利得に基づいて増幅し、増幅後の信号を、対応する可変移相器７２−１〜７２−Ｍへそれぞれ出力する。可変移相器７２−１〜７２−Ｍのそれぞれは、入力された信号の位相を設定された移相量だけ変化させ、位相を変化させた信号を、ＢＭ回路７３へ出力する。
【００６０】
ＢＭ回路７３は、送信ＢＭ回路１と同様に、Ｍ個の入力ポートとＮ個の出力ポートを有する。ＢＭ回路７３として、送信ＢＭ回路１と同じ構成の回路を用いることができる。ＢＭ回路７３は、可変移相器７２−１〜７２−Ｍからそれぞれ入力されたＭ個の信号に、離散フーリエ変換と同様の処理を行ってＮ個の信号を生成してＮ個の信号をそれぞれ対応する減算器７４−１〜７４−Ｎへ出力する。ＢＭ回路７３から減算器７４−１〜７４−Ｎへ出力される信号は、第２干渉信号のレプリカとなる。すなわち、ＢＭ回路７３は、１つ以上の可変移相器７２−１〜７２−Ｍにより振幅が調整された後の１つ以上の送信信号Ｘ０〜ＸＭ−１にそれぞれ位相を与えることにより第２干渉信号のレプリカを生成する。減算器７４−１〜７４−Ｎのそれぞれは、対応する受信ＯＡＭ信号ｚ０〜ｚＮ−１から、対応する第２干渉信号のレプリカを減算して、減算結果をそれぞれ受信ＯＡＭ信号ｙ０〜ｙＮ−１として受信ＢＭ回路２へ出力する。
【００６１】
なお、第１干渉除去回路６および第２干渉除去回路７の構成は、上述した例に限定されない。第１干渉除去回路６および第２干渉除去回路７は、少なくとも一方が、ソフトウェアを用いて実現されてもよい。すなわち、第１干渉除去回路６および第２干渉除去回路７のうち少なくとも１つの動作を記述したプログラムが実行されることにより、第１干渉除去回路６および第２干渉除去回路７のうち少なくとも１つが実現されてもよい。なお、図９に示したように、可変増幅器７１−１〜７１−Ｍ、可変移相器７２−１〜７２−ＭおよびＢＭ回路７３を用いて第２干渉信号を生成すると、簡易な回路構成で干渉信号を生成することができる。
【００６２】
本実施の形態では、第１干渉除去回路６および第２干渉除去回路７を用いて、第１干渉信号と第２干渉信号との両方を生成して、両方の影響を低減させる例を説明したが、通信装置１００−１が、第１干渉除去回路６および第２干渉除去回路７のいずれか一方のみを備えるようにしてもよい。通信装置１００−１が、第１干渉除去回路６および第２干渉除去回路７のうち、第２干渉除去回路７のみを備える場合、第２干渉除去回路７が干渉除去回路となる。また、通信装置１００−１が、第１干渉除去回路６および第２干渉除去回路７を備える場合、第１干渉除去回路６および第２干渉除去回路７を１つの干渉除去回路とみなしてもよい。
【００６３】
なお、第１干渉除去回路６においては、可変増幅器６１−１〜６１−Ｎと、可変移相器６２−１〜６２−Ｎとが干渉信号生成回路を構成する。また、第２干渉除去回路７においては、可変増幅器７１−１〜７１−Ｍと、可変移相器７２−１〜７２−Ｍと、ＢＭ回路７３とが干渉信号生成回路を構成する。
【００６４】
以上のように、本実施の形態では、通信相手への第１信号の送信と、通信相手からの第２信号の受信との両方を、ＯＡＭを用いた通信方式で行う通信装置１００−１が、干渉信号生成回路を備える。そして、干渉信号生成回路が、第１信号である送信ＯＡＭ信号または送信ＯＡＭ信号の元になる送信信号に基づいて、第１信号によって生じる干渉信号のレプリカを生成する。これにより、通信装置１００−１は、第１信号によって生じる干渉信号のレプリカを生成することができる。さらに、通信装置１００−１は、干渉信号のレプリカを受信ＯＡＭ信号から減算する。これにより、通信装置１００−１は、干渉を低減させることができる。
【００６５】
実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２にかかる通信装置の構成例を示す図である。実施の形態１では、送信と受信とでアンテナを共用する例を説明したが、本実施の形態では、送信と受信とで個別にアンテナを用いる例を説明する。
【００６６】
本実施の形態の通信装置１００ａ−１は、実施の形態１と同様の送信ＢＭ回路１と、実施の形態１と同様の受信ＢＭ回路２と、干渉除去回路８と、送信ＵＣＡ９と、受信ＵＣＡ１０とを備える。図１０には、通信装置１００ａ−１の通信相手となる通信装置１００a−２も図示している。通信装置１００ａ−２の構成は、通信装置１００ａ−１と同様である。通信装置１００ａ−１は、実施の形態１と同様に、通信相手である通信装置１００ａ−２への第１信号の送信と、通信相手からの第２信号の受信との両方を、ＯＡＭを用いた通信方式で行う。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる点を主に説明する。
【００６７】
送信ＵＣＡ９および受信ＵＣＡ１０は、実施の形態１のＵＣＡ４と同様に、それぞれが円周上に等間隔に配置された複数のアンテナ素子を有する。送信ＢＭ回路１から出力された送信ＯＡＭ信号は、送信ＵＣＡ９に入力されて送信ＵＣＡ９から電波として放射される。本実施の形態では、通信装置１００ａ−１は、送信と受信とで個別にアンテナを備えているので、実施の形態１のような方向性結合器５−１〜５−Ｎを用いた送信信号と受信信号の分離は不要である。したがって、通信装置１００ａ−１は、分離回路３を備えていない。本実施の形態では、通信装置１００ａ−１は、受信ＵＣＡ１０の後段に干渉除去回路８を設けることで、受信信号から、送信ＵＣＡ９から送信される信号である第１信号による干渉を除去する。受信ＵＣＡ１０により受信された信号は、干渉除去回路８へ入力される。
【００６８】
図１１は、本実施の形態の干渉除去回路８の構成例を示す図である。本実施の形態では、送信ＵＣＡ９から送信される信号が回折、反射などにより送信ＵＣＡ９で受信されても、受信ＵＣＡ１０による信号の受信には直接は影響しない。また、通信装置１００ａ−１は、方向性結合器５−１〜５−Ｎを備えていないので、方向性結合器５−１〜５−Ｎのそれぞれの送信ポートと受信ポート間の信号の回り込みも考慮する必要がない。このため、本実施の形態では、実施の形態１で述べた第１自己干渉と第２自己干渉のうち、第１自己干渉については考慮する必要がない。
【００６９】
本実施の形態では、あるアンテナ素子が送信する信号が、他のアンテナ素子に影響する第２自己干渉が生じるが、本実施の形態の第２自己干渉は、実施の形態１のように同一のＵＣＡ４内の干渉ではなく送信ＵＣＡ９と受信ＵＣＡ１０との間をまたぐ干渉となる。したがって、考慮すべきアンテナ素子間の伝搬距離の算出方法が実施の形態１と一部異なるが、実施の形態１の第２自己干渉の除去と同様の方法で、自己干渉を除去することができる。
【００７０】
図１１に示すように、干渉除去回路８は、可変増幅器８１−１〜８１−Ｍと、可変移相器８２−１〜８２−Ｍと、バトラーマトリクス回路（以下、ＢＭ回路と略す）８３と、減算器８４−１〜８４−Ｎとを備える。可変増幅器８１−１〜８１−Ｍのそれぞれは、利得を変更可能な増幅器である。可変移相器８２−１〜８２−Ｍのそれぞれは、移相量を変更可能な移相器である。
【００７１】
ここで、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、見通し通信路を仮定して対角行列ＨＤを算出することができる。本実施の形態では、送信ＵＣＡ９と受信ＵＣＡ１０とが個別に設けられているが、送信ＵＣＡ９を構成する複数のアンテナ素子と受信ＵＣＡ１０を構成するアンテナ素子とが同心円状に配置されるようにすることで、実施の形態１と同様に伝搬距離を巡回的に表すことができる。
【００７２】
図１２は、本実施の形態の送信ＵＣＡ９および受信ＵＣＡ１０の構成例を示す図である。図１２では、送信ＵＣＡ９および受信ＵＣＡ１０のそれぞれのアンテナ素子の数であるＮは８である。送信ＵＣＡ９は、複数の送信アンテナ素子の一例であるアンテナ素子９１−１〜９１−８を備え、受信ＵＣＡ１０は、複数の受信アンテナ素子の一例であるアンテナ素子１０１−１〜１０１−８を備える。アンテナ素子９１−１〜９１−８は、第１の円の円周上に等間隔で配置される。アンテナ素子１０１−１〜１０１−８は、アンテナ素子９１−１〜９１−８が配置される第１の円の円周上に等間隔で配置される。
【００７３】
図１２に示すように、アンテナ素子１０１−１とアンテナ素子１０１−２の間にアンテナ素子９１−１が配置される。アンテナ素子１０１−１〜１０１−８のそれぞれは、アンテナ素子９１−１〜９１−８のうち隣接する２つのアンテナ素子の間に、これら２つの送信アンテナ素子のそれぞれとの間隔が等しくなるように配置される。例えば、アンテナ素子９１−１は、アンテナ素子９１−１とアンテナ素子１０１−１との間の円周上における間隔と、アンテナ素子９１−１とアンテナ素子１０１−２との間の円周上における間隔と、が等しくなるように配置される。これにより、対応するアンテナ素子の番号が異なるものの、アンテナ素子９１−１からアンテナ素子１０１−１〜１０１−８のそれぞれまでの複数の伝搬距離は、アンテナ素子９１−２からアンテナ素子１０１−１〜１０１−８のそれぞれまでの複数の伝搬距離と等しくなる。これにより、実施の形態１と同様に、巡回的に伝搬距離を表すことができる。すなわち、実施の形態１の、式（５）の行列の要素ｈｋ，ｌを、アンテナ素子９１−（ｌ＋１）からアンテナ素子１０１−（ｋ＋１）までの見通し通信路に対応させることで、実施の形態１と同様に、見通し通信路を示す行列を巡回行列で表すことができる。ただし、本実施の形態では、式（５）の行列の対角成分は、送信するアンテナ素子と受信するアンテナ素子とが異なる場合に対応するので、０にはならない。以上のように、伝搬距離は実施の形態１と異なるものの、本実施の形態においても実施の形態１と同様の方法で対角行列ＨＤを算出することができる。
【００７４】
可変増幅器８１−１〜８１−Ｍのそれぞれは、対角行列ＨＤの対応する要素に応じて利得が設定される。可変移相器８２−１〜８２−Ｍのそれぞれの移相量は、対角行列ＨＤの対応する要素に応じて設定される。可変増幅器８１−１〜８１−Ｍのそれぞれは、対応する送信信号Ｘ０〜ＸＭ−１の振幅を、設定された利得に基づいて増幅し、増幅後の信号を、対応する可変移相器８２−１〜８２−Ｍへそれぞれ出力する。可変移相器８２−１〜８２−Ｍのそれぞれは、入力された信号の位相を設定された移相量だけ変化させ、位相を変化させた信号を、ＢＭ回路８３へ出力する。
【００７５】
ＢＭ回路８３は、ＢＭ回路７３と同様に、Ｍ個の入力ポートとＮ個の出力ポートを有する。ＢＭ回路８３は、可変移相器８２−１〜８２−Ｍからそれぞれ入力されたＭ個の信号に、離散フーリエ変換と同様の処理を行ってＮ個の信号を生成してＮ個の信号をそれぞれ対応する減算器８４−１〜８４−Ｎへ出力する。ＢＭ回路８３から減算器８４−１〜８４−Ｎへ出力される信号は、本実施の形態の干渉信号のレプリカとなる。減算器８４−１〜８４−Ｎのそれぞれは、対応するアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｎのそれぞれから入力される受信ＯＡＭ信号ｖ０〜ｖＮ−１から、対応する干渉信号のレプリカそれぞれを減算して、減算結果をそれぞれ受信ＯＡＭ信号ｙ０〜ｙＮ−１として受信ＢＭ回路２へ出力する。
【００７６】
本実施の形態では、可変増幅器８１−１〜８１−Ｍと、可変移相器８２−１〜８２−Ｍと、ＢＭ回路８３とが干渉信号生成回路を構成する。
【００７７】
以上のように、本実施の形態では、送信と受信とで個別にＵＣＡを備える通信装置１００ａ−１が、実施の形態１の第２干渉信号の生成と同様の方法で干渉信号を生成する。これにより、通信装置１００ａ−１は、第１信号によって生じる干渉信号のレプリカを生成することができる。送信ＵＣＡ９を構成するアンテナ素子９１−１〜９１−Ｎと受信ＵＣＡ１０を構成するアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｎとを同一円の円周上に交互に等位相間隔で配置するようにした。これにより、実施の形態１の第２干渉除去回路７と同様に、可変増幅器８１−１〜８１−Ｍと、可変移相器８２−１〜８２−Ｍと、ＢＭ回路８３とで干渉信号生成回路を構成することができ、簡易な回路構成で干渉信号を生成することができる。
【００７８】
実施の形態３．
次に、本発明にかかる実施の形態３について説明する。本実施の形態の通信装置１００ａ−１の構成は、送信ＵＣＡ９および受信ＵＣＡ１０を構成するアンテナ素子の配置が実施の形態２と異なる以外は、実施の形態２と同様である。実施の形態２と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態２と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態２と異なる点を主に説明する。
【００７９】
実施の形態２では、送信ＵＣＡ９を構成するアンテナ素子９１−１〜９１−Ｎおよび受信ＵＣＡ１０を構成するアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｎが同一円状に等位相間隔で配置される例を説明した。本実施の形態では、互いに半径の異なる同心円の円周上に、送信ＵＣＡ９を構成するアンテナ素子９１−１〜９１−Ｎと、受信ＵＣＡ１０を構成するアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｎとをそれぞれ配置する。
【００８０】
図１３は、本実施の形態の送信ＵＣＡ９および受信ＵＣＡ１０のそれぞれのアンテナ素子の配置例を示す図である。アンテナ素子９１−１〜９１−８は、第１の円の円周上に等間隔で配置される。アンテナ素子１０１−１〜１０１−８は、アンテナ素子９１−１〜９１−８が配置される第１の円より半径が小さく第１の円と同心円となる第２の円の円周上に等間隔で配置される。このように、アンテナ素子９１−１〜９１−８と、アンテナ素子１０１−１〜１０１−８とが、半径の異なる同心円の円周上にそれぞれ配置される場合でも、実施の形態２と同様に、送信ＵＣＡ９のアンテナ素子９１−１〜９１−８のいずれか１つから、受信ＵＣＡ１０のアンテナ素子１０１−１〜１０１−８のそれぞれまでの複数の伝搬距離は、送信ＵＣＡ９のアンテナ素子９１−１〜９１−８の他のアンテナ素子から、受信ＵＣＡ１０のアンテナ素子１０１−１〜１０１−８のそれぞれまでの複数の伝搬距離と同一となる。
【００８１】
このため、実施の形態２と同様に、対角行列ＨＤを算出することができる。可変増幅器８１−１〜８１−Ｍのそれぞれに設定される利得と、可変移相器８２−１〜８２−Ｍのそれぞれに設定される移相量とが、アンテナ素子の配置に応じて異なる以外は、干渉除去回路８の構成および動作は、実施の形態２と同様である。
【００８２】
図１４は、本実施の形態の送信ＵＣＡ９および受信ＵＣＡ１０のそれぞれのアンテナ素子の別の配置例を示す図である。アンテナ素子９１−１〜９１−８は、第１の円の円周上に等間隔で配置される。アンテナ素子１０１−１〜１０１−８は、アンテナ素子９１−１〜９１−８が配置される第１の円より半径が大きく第１の円と同心円となる第２の円の円周上に等位相間隔で配置される。このように、アンテナ素子１０１−１〜１０１−８は、アンテナ素子９１−１〜９１−８が配置される円より半径の大きい同心円の円周上に等位相間隔で配置される場合も図１３の例と同様に、送信ＵＣＡ９のアンテナ素子９１−１〜９１−８のいずれか１つから、受信ＵＣＡ１０のアンテナ素子１０１−１〜１０１−８のそれぞれまでの複数の伝搬距離は、送信ＵＣＡ９のアンテナ素子９１−１〜９１−８の他のアンテナ素子から、受信ＵＣＡ１０のアンテナ素子１０１−１〜１０１−８のそれぞれまでの複数の伝搬距離と同一となる。このため、実施の形態２と同様に、対角行列ＨＤを算出することができる。
【００８３】
なお、実施の形態２で述べた図１２に示す配置、本実施の形態で述べた図１３，１４に示す配置は、見通し通信路が巡回的に表される配置の例である。見通し通信路が巡回的に表される配置であることにより上記式（７）で見通し通信路の伝搬路行列を表すことができれば、これらの例に限らず、実施の形態２で述べた干渉除去方法を適用することができる。なお、送信ＵＣＡ９を構成するアンテナ素子９１−１〜９１−８と、受信ＵＣＡ１０を構成するアンテナ素子１０１−１〜１０１−８との間の伝搬路が、上記式（７）に示す関係を満たすとき、これらの伝搬路は巡回対称性があると表現する。
【００８４】
以上のように、本実施の形態では、互いに半径の異なる同心円の円周上に、送信ＵＣＡ９を構成するアンテナ素子９１−１〜９１−Ｎと、受信ＵＣＡ１０を構成するアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｎとをそれぞれ配置した。これにより、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
以上の実施の形態で説明した、各回路は、処理回路であり、専用のハードウェアであっても、メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵなどのプロセッサを備える処理回路であってもよい。処理回路は制御回路とも呼ばれる。図１５は、各実施の形態の処理回路がＣＰＵを備える場合の処理回路の構成例を示す図である。図１５に示した例では、処理回路は、ＣＰＵ２０１およびメモリ２０２を備える。以上の実施の形態で説明した各回路の少なくとも１つが図１５に示した処理回路で実現される場合、この少なくとも１つの回路の動作はプログラムとして記述される。そして、ＣＰＵ２０１が、メモリ２０２に格納されたプログラムを実行することにより、この少なくとも１つの回路の機能が実現される。このプログラムは、プログラム記憶媒体により提供されてもよいし、通信媒体で提供されてもよい。以上の実施の形態で説明した各回路のうち、一部が専用のハードウェアで実現され、一部が図１５に示した処理回路で実現されてもよい。
【００８６】
例えば、このプログラムは、他の装置から送信された１つ以上の信号とともに受信する干渉信号、のレプリカを、他の装置へ送信する１つ以上の信号に基づいて生成する第１ステップと、受信した信号からレプリカを減算する第２ステップとを通信装置１００−１または通信装置１００ａ−１に実行させる。
【００８７】
例えば、実施の形態１で述べた第１干渉除去回路６および第２干渉除去回路７のそれぞれが備える干渉信号生成回路のうちの少なくとも１つが、専用のハードウェアで実現されてもよいし、図１５に示した処理回路で実現されてもよい。また、実施の形態２で述べた干渉除去回路８が備える干渉信号生成回路が、専用のハードウェアで実現されてもよいし、図１５に示した処理回路で実現されてよい。
【００８８】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１  送信ＢＭ回路、２  受信ＢＭ回路、３  分離回路、４  ＵＣＡ、５−１〜５−Ｎ  方向性結合器、６  第１干渉除去回路、７  第２干渉除去回路、８  干渉除去回路、９  送信ＵＣＡ、１０  受信ＵＣＡ、１１−１〜１１−Ｍ，２２−１〜２２−Ｎ  入力ポート、１２−１〜１２−Ｎ，２１−１〜２１−Ｍ  出力ポート、６１−１〜６１−Ｎ，７１−１〜７１−Ｍ，８１−１〜８１−Ｍ  可変増幅器、６２−１〜６２−Ｎ，７２−１〜７２−Ｍ，８２−１〜８２−Ｍ  可変移相器、６３−１〜６３−Ｎ，７４−１〜７４−Ｎ，８４−１〜８４−Ｎ  減算器、７３，８３  ＢＭ回路、１００−１，１００−２，１００ａ−１，１００ａ−２  通信装置。
【要約】
本発明にかかる通信装置（１００−１）は、通信装置（１００−２）との間で軌道角運動量を利用して全二重無線通信を行う通信装置（１００−１）であって、通信装置（１００−２）から送信された１つ以上の信号とともに受信する干渉信号、のレプリカを、通信装置（１００−２）へ送信する１つ以上の信号に基づいて生成し、受信した信号からレプリカを減算する第２干渉除去回路（７）、を備える。【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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