CN114450892A - 通信装置、干扰信号生成电路、控制电路、干扰去除方法以及程序存储介质 - Google Patents

通信装置、干扰信号生成电路、控制电路、干扰去除方法以及程序存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明的通信装置(100‑1)是利用轨道角动量而与通信装置(100‑2)之间进行全双工无线通信的通信装置(100‑1)，具备第2干扰去除电路(7)，该第2干扰去除电路(7)基于向通信装置(100‑2)发送的1个以上的信号，生成与从通信装置(100‑2)发送的1个以上的信号一起接收的干扰信号的复制信号，从接收到的信号中减去复制信号。

Description

通信装置、干扰信号生成电路、控制电路、干扰去除方法以及 程序存储介质
技术领域
本发明涉及进行利用了轨道角动量的全双工通信的通信装置、干扰信号生成电路、控制电路、干扰去除方法以及程序存储介质。
背景技术
作为新的空间复用传输方式，利用了轨道角动量(Orbital Angular Momentum：OAM)的无线通信***受到关注。OAM是表示电波的状态的物理量之一，由与行进方向垂直的平面内的相位的旋转状态表示。在利用了OAM的无线通信中，电波以等相位面相对于行进方向呈螺旋状的方式生成。像这样生成的电波被称为OAM波。每1个波长的OAM波的相位的转速被称为OAM模式。从发送装置发送的OAM波能够通过与和发送的OAM波相同的OAM模式对应的接收装置来接收。由于OAM模式互不相同的多个OAM波正交，因此，通过对OAM模式不同的多个OAM波进行合成而能够进行空分复用(Spatial Division Multiplexing：SDM)传输。使用了OAM模式不同的多个OAM波的空分复用被称为OAM复用。接收装置对通过发送装置进行了OAM复用的信号按照在OAM复用中使用的多个OAM模式的每个OAM模式进行分离。
在OAM波的生成方法中具有各种方法，但使用了等间隔圆形阵列(UniformCircular Array：UCA)天线的方法尤其受到关注。这是因为，当使用UCA天线生成OAM波时，能够发送和接收各种OAM模式的OAM波，因此，通用性高。在使用UCA天线进行OAM复用的情况下，通过巴特勒矩阵(Butler Matrix)电路等，对分配给互不相同的OAM模式的多个发送信号赋予与各个OAM模式对应的相位旋转。然后，对相位旋转后的这多个发送信号进行合成，从UCA作为电波进行辐射。
近年来，提出了使用OAM的全双工无线通信***。在使用OAM的无线通信中，通过利用OAM的正交性，能够实现使用同一频率并能够同时收发的全双工无线通信***。在专利文献1中，公开了如下的全双工无线通信***，该全双工无线通信***利用OAM的正交性，使用在发送和接收中不同的OAM模式，由此使用同一频率并同时进行收发。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-207799号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，根据上述专利文献1所记载的技术，仅将OAM的正交性用于收发的分离。另一方面，在使用同一频率并同时进行收发的情况下，有时由于通信装置发送的发送信号环绕到接收天线而产生自干扰(self-interference)。即，当进行使用OAM的通信的第1通信装置从作为通信对方的第2通信装置接收信号时，从第1通信装置向第2通信装置发送的信号有时成为干扰信号。该干扰信号对第1通信装置来说成为接收信号时的杂音，因此期望被降低。但是，如果仅是使用OAM的正交性进行收发的分离，则自干扰的降低有时不充分。作为降低自干扰的方法，考虑各通信装置生成干扰信号的复制信号并从接收信号减去该复制信号的方法，但在专利文献1中，未公开干扰信号的复制信号的生成方法。
本发明是鉴于上述而完成的，其目的在于，得到一种通过使用OAM的通信方式来进行向通信对方发送第1信号和从通信对方接收第2信号双方的通信装置，该通信装置能够生成由第1信号产生的干扰信号的复制信号。
用于解决问题的手段
为了解决上述问题，实现目的，本发明的通信装置是利用轨道角动量而与其他装置之间进行全双工无线通信的通信装置，具备干扰去除电路，该干扰去除电路基于向其他装置发送的1个以上的发送信号，生成与从其他装置发送的1个以上的信号一起接收的干扰信号的复制信号，从接收到的信号中减去复制信号。
发明的效果
本发明的通信装置是通过使用OAM的通信方式进行向通信对方发送第1信号和从通信对方接收第2信号双方的通信装置，起到能够生成由第1信号产生的干扰信号的复制信号这样的效果。
附图说明
图1是示出实施方式1的通信装置的结构例的图。
图2是示出实施方式1的发送BM电路的输入端口和输出端口的一例的图。
图3是示出实施方式1的接收BM电路的输入端口的输出端口的一例的图。
图4是示出实施方式1的分离电路和UCA的结构例的图。
图5是示出实施方式1的第1干扰去除电路的结构例的图。
图6是示出实施方式1的天线元件的配置例的图。
图7是示出作为实施方式1的第1天线元件的天线元件与其他各个天线元件之间的传播距离的图。
图8是示出与第1天线元件相邻的第2天线元件与其他各个天线元件之间的传播距离的图。
图9是示出实施方式1的第2干扰去除电路的结构例的图。
图10是示出实施方式2的通信装置的结构例的图。
图11是示出实施方式2的干扰去除电路的结构例的图。
图12是示出实施方式2的发送UCA和接收UCA的结构例的图。
图13是示出实施方式3的发送UCA和接收UCA各自的天线元件的配置例的图。
图14是示出实施方式3的发送UCA和接收UCA各自的天线元件的另一配置例的图。
图15是示出各实施方式的处理电路具备CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)的情况下的处理电路的结构例的图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式的通信装置、干扰信号生成电路、控制电路、干扰去除方法以及程序存储介质详细进行说明。另外，不通过该实施方式来限定本发明。
实施方式1.
图1是示出本发明的实施方式1的通信装置的结构例的图。本实施方式的通信装置100-1具备发送巴特勒矩阵电路(以下简称为发送BM电路)1、接收巴特勒矩阵电路(以下简称为接收BM电路)2、分离电路3以及等间隔圆形阵列天线(以下简称为UCA)4。在图1中还图示出成为通信装置100-1的通信对方的通信装置100-2。
通信装置100-1利用轨道角动量(OAM)而与其他装置之间进行全双工无线通信。详细而言，通信装置100-1进行能够使用同一频率并同时进行收发的全双工无线通信。另外，通信装置100-1虽然能够使用同一频率并同时进行收发，但无需始终同时进行收发，并且也可以通过切换使用多个频率等进行使用了多个频率的通信。通信装置100-2的结构与通信装置100-1是同样的。
发送BM电路1具备多个输入端口和多个输出端口，向从该多个输入端口中的至少1个输入端口输入的1个以上的发送信号赋予按照每个输入端口而不同的相位旋转并输出。发送BM电路1通过向作为1个以上的发送信号的1个以上的第1发送信号赋予相位而生成多个第2发送信号。图2是示出本实施方式的发送BM电路1的输入端口和输出端口的一例的图。如图2所示，发送BM电路1具备作为多个输入端口的一例的输入端口11-1～11-M(M为2以上的整数)和作为多个输出端口的一例的输出端口12-1～12-N(N为2以上的整数)。输入端口的数量即M对应于通信装置100-1能够复用的最大的发送信号的数量。之后叙述发送BM电路1的输入信号和输出信号。以下也将从发送BM电路1的输出端口12-1～12-N分别输出的多个第2发送信号分别称为发送OAM信号。
从发送BM电路1输出的多个发送OAM信号经由分离电路3被输入到UCA4。之后叙述分离电路3。UCA4将从发送BM电路1输入的发送OAM信号作为电波进行辐射。UCA4具备呈环状排列的多个天线元件。UCA4具备的天线元件的数量与发送BM电路1的输出端口的数量相同。通信装置100-1像这样通过发送BM电路1向1个以上的发送信号赋予相位旋转之后，将该发送信号从UCA4作为电波而送出，由此，能够将1个以上的发送信号作为OAM波进行发送。在向发送BM电路1的多个输入端口分别输入多个发送信号的情况下，对这些发送信号进行OAM复用。使用巴特勒矩阵电路和UCA进行OAM复用的方法与通常的方法是同样的，因此省略详细说明。
本实施方式的通信装置100-1具备的UCA4是用于发送和接收双方的收发天线。即，UCA4是既为发送等间隔阵列天线也为接收等间隔阵列天线的共用等间隔阵列天线。UCA4从具有与通信装置100-1同样的结构的通信装置100-2接收被进行了OAM复用的信号作为电波。UCA4将接收到的信号向分离电路3输出。如上所述，通信装置100-1能够使用同一频率并同时进行收发，并且UCA4是收发天线，因此，UCA4能够同时进行电波的送出和电波的接收。因此，与UCA4连接的传输线路传输由UCA4接收到的信号和发送OAM信号双方。分离电路3通过在传输线路中对行波与反射波进行分离，从而对UCA4接收到的信号与发送OAM信号进行分离。分离电路3将分离出的发送OAM信号向UCA4输出。此外，分离电路3从分离出的由UCA4的各天线元件接收到的信号分别减去干扰信号的复制信号，将减去复制信号后的信号分别作为接收OAM信号向接收BM电路2输出。之后详细叙述分离电路3的动作。
接收BM电路2具备多个输入端口和多个输出端口，进行发送BM电路1所进行的处理的相反处理。由此，接收BM电路2能够分离进行了OAM复用的接收OAM信号。即，通信装置100-1能够得到与在通信装置100-2中进行了OAM复用的多个发送信号分别对应的接收信号。图3是示出本实施方式的接收BM电路2的输入端口和输出端口的一例的图。如图3所示，接收BM电路2具备作为多个输入端口的一例的输入端口22-1～22-N和作为多个输出端口的一例的输出端口21-1～21-M。这样，接收BM电路2的输入端口的数量与发送BM电路1的输出端口的数量相同，接收BM电路2的输出端口的数量与发送BM电路1的输入端口的数量相同。对使用UCA和巴特勒矩阵电路进行了OAM复用的信号进行分离的方法与通常的方法是同样的，因此省略详细说明。
接着，对本实施方式的分离电路3进行说明。图4是示出本实施方式的分离电路3和UCA4的结构例的图。如图4所示，分离电路3具备定向耦合器5-1～5-N、第1干扰去除电路6以及第2干扰去除电路7。UCA4具备天线元件41-1～41-N。
从发送BM电路1的输出端口12-1～12-N分别输出的发送OAM信号被输入到定向耦合器5-1～5-N，并且也向第1干扰去除电路6输入。此外，定向耦合器5-1～5-N分别通过传输线路而与UCA4的天线元件41-1～41-N连接。定向耦合器5-i(i＝1、2、…、N)将从发送BM电路1的输出端口12-i输出的发送OAM信号向UCA4的天线元件41-i输出。天线元件41-i与定向耦合器5-i之间的各传输线路传输由天线元件41-i接收到的信号和从定向耦合器5-i朝向天线元件41-i输出的信号。定向耦合器5-i通过分离对应的传输线路中的行波和反射波而将天线元件41-i接收到的接收信号与向UCA4的天线元件41-i输出的发送OAM信号分离，将天线元件41-i接收到的接收信号向第1干扰去除电路6输出。这样，定向耦合器5-1～5-N分别与天线元件41-1～41-N中的对应的天线元件连接，分别将对应的收发天线中的发送信号与接收信号分离。
这里，对本实施方式中的干扰去除进行说明。本实施方式的通信装置100-1通过使用OAM的通信方式来进行向作为通信对方的通信装置100-2发送第1信号和从通信装置100-2接收第2信号这双方。第1信号是由通信装置100-1进行了OAM复用的信号，第2信号是由通信装置100-2进行了OAM复用的信号。虽然通信装置100-1接收第2信号，但当同时进行第2信号的接收和第1信号的发送时，有时产生自干扰。在本实施方式中，分离电路3具有降低自干扰的功能从而抑制自干扰的影响。
作为自干扰，例示出从某个天线元件发送的信号对该天线元件自身造成影响的天线内干扰、和从某个天线元件发送的信号对其他天线元件造成影响的天线间干扰。例如由某个天线元件发送的信号通过反射、衍射等而被该天线元件接收，由此产生天线内干扰。此外，由于在定向耦合器5-1～5-N中端口分离不充分而使信号从定向耦合器5-1～5-N各自的发送端口环绕到各自的接收端口所产生的干扰也是天线内干扰的一例。另外，这里所说的天线内不仅指实际的天线元件内部，还表示与单一的天线元件对应的***，也包括对应的定向耦合器。天线间干扰例如通过从某个天线元件发送的信号被其他天线元件接收而产生。此外，由于定向耦合器5-1～5-N的端口间泄漏而使从某个定向耦合器输出的信号环绕到其他定向耦合器的情况也成为天线间干扰。
以下，将天线内干扰也称为第1自干扰，将天线间干扰也称为第2自干扰。第1自干扰在天线在发送和接收中被共用的情况下对接收处理造成影响。第2自干扰在天线在发送和接收中分别设置的情况和在发送和接收中被共用的情况双方都对接收处理造成影响。在本实施方式中，UCA4为收发天线，因此，通信装置100-1受到第1自干扰和第2自干扰双方的影响。因此，本实施方式的分离电路3具有降低第1自干扰和第2自干扰双方的功能。
第1干扰去除电路6使用从发送BM电路1的输出端口12-i输入的发送OAM信号，从自定向耦合器5-i输入的接收信号中去除第1自干扰。另外，以下将使干扰降低也称为去除干扰。即，去除干扰不仅是指在干扰的去除中完全去掉了干扰成分的情况，还指降低干扰的情况。第1干扰去除电路6将去除了第1自干扰的N个接收信号向第2干扰去除电路7输出。
接着，对本实施方式的动作和第1自干扰的去除及第2自干扰的去除的详细内容进行说明。如图2所示，发送BM电路1具有输入端口11-1～11-M。将向输入端口11-1～11-M分别输入的M个发送信号分别设为X0～XM-1。输入端口11-1～11-M分别对应于互不相同的OAM模式。将发送信号Xm(m＝0，1，…，M-1)称为第m个OAM模式的发送信号。此外，将从发送BM电路1的输出端口12-1～12-N分别输出的发送OAM信号分别设为x0～xN-1。发送BM电路1中的处理与离散傅里叶变换运算等同，第n(n＝0，1，…，N-1)个发送OAM信号xn能够由以下的式(1)表现。另外，j是虚数单位。
[数式1]
Figure BDA0003564632280000071
另外，发送BM电路1中的处理也能够使用离散傅里叶变换矩阵F，如以下的式(2)那样表现。
[数式2]
Figure BDA0003564632280000072
如图3所示，接收BM电路2具有输入端口22-1～22-N和输出端口21-1～21-M。将向接收BM电路2的输入端口22-1～22-M分别输入的M个接收OAM信号分别设为y0～yN-1。此外，将从接收BM电路2的输出端口21-1～21-M分别输出的接收信号分别设为Y0～YM-1。接收BM电路2中的处理与逆离散傅里叶变换运算等同，第m(m＝0，1，…，M-1)个OAM模式的接收信号Ym能够由以下的式(3)表现。接收信号Ym是与从通信装置100-2发送的第m个OAM模式的发送信号对应的接收。
[数式3]
Figure BDA0003564632280000073
另外，接收BM电路2中的处理也能够使用离散傅里叶变换矩阵F如以下的式(4)那样表现。右肩的H表示厄密共轭。
[数式4]
Figure BDA0003564632280000081
接着，对分离电路3的动作进行说明。如图4所示，将由天线元件41-1～41-N分别接收到的信号分别设为接收OAM信号u0～uN-1。将天线元件41-1～41-N与定向耦合器5-1～5-N分别连接的N个传输线路分别传输接收OAM信号u0～uN-1和发送OAM信号x0～xN-1。另外，在图4中，为了便于图示，省略了与天线元件41-2对应的接收OAM信号u1和发送OAM信号x1的图示。
如上所述，定向耦合器5-i将由天线元件41-i接收到的接收OAM信号ui-1与输出到天线元件41-i的发送OAM信号xi-1分离，将接收OAM信号ui-1向第1干扰去除电路6输出。第1干扰去除电路6去除从定向耦合器5-1～5-N输出的接收OAM信号中分别包含的发送OAM信号x0～xN-1所产生的第1自干扰。以下，将第1自干扰中的干扰信号称为第1干扰信号。第1干扰信号是从作为多个收发天线元件的天线元件41-1～41-N发送的多个发送信号环绕到作为多个发送信号各自的发送源的天线元件41-1～41-N而产生的干扰信号。
从定向耦合器5-i输出的接收OAM信号中包含的第1干扰信号例如是从发送BM电路1输出的发送OAM信号xi-1经由定向耦合器5-i和天线元件41-i再次向定向耦合器5-i输入并从定向耦合器5-i输出的干扰信号。将该发送OAM信号xi-1的传播路径称为第1干扰传播路径。第1干扰传播路径是从天线元件41-i发送的发送OAM信号xi-1被进行天线元件41-i的接收处理的***接收的回送信道。在第1干扰传播路径中，例如包含经由天线元件41-i内的反射、衍射等而由同一天线元件41-i接收的传播路径和定向耦合器5-i内的端口之间的泄漏传播路径中的1个以上。从定向耦合器5-i输出的接收OAM信号中包含的第1干扰信号的振幅和相位通过发送OAM信号xi-1经由第1干扰传播路径而发生变化。因此，通信装置100-1通过将发送OAM信号xi-1的振幅和相位与第1干扰传播路径的传递函数匹配地进行调整，能够生成第1干扰信号的复制信号(复制)。
在本实施方式中，分离电路3的第1干扰去除电路6生成与发送OAM信号x0～xN-1分别对应的N个第1干扰信号的复制信号，从自定向耦合器5-1～5-N输入的信号中减去该复制信号。由此，第1干扰去除电路6能够去除第1自干扰。
图5是示出本实施方式的第1干扰去除电路6的结构例的图。如图5所示，第1干扰去除电路6具备可变放大器61-1～61-N、可变移相器62-1～62-N以及减法器63-1～63-N。可变放大器61-1～61-N分别是能够变更增益的放大器。可变移相器62-1～62-N分别是能够变更移相量的移相器。可变放大器61-1～61-N分别基于设定的增益而将对应的发送OAM信号x0～xN-1的振幅放大，将放大后的信号向对应的可变移相器62-1～62-N分别输出。可变移相器62-1～62-N分别使输入后的信号的相位改变所设定的移相量，将改变了相位的信号向对应的减法器63-1～63-N分别输出。基于第1干扰传播路径中的振幅和相位的变化，来预先设定可变放大器61-1～61-N各自的增益和可变移相器62-1～62-N各自的移相量。由此，从可变移相器62-1～62-N向对应的减法器63-1～63-N输出的信号成为第1干扰信号的复制信号。另外，第1干扰传播路径中的传递函数、即振幅和相位的变化也可以基于设计值来计算，还可以预先通过试验等取得。
减法器63-1～63-N分别从自对应的定向耦合器5-1～5-N输出的信号中减去从对应的可变移相器62-1～62-N输入的信号，将相减后的结果向第2干扰去除电路7输出。将从减法器63-1～63-N输出的信号分别设为接收OAM信号z0～zN-1。接收OAM信号z0～zN-1是从自定向耦合器5-i输出的接收OAM信号中减去第1干扰信号的复制信号而得到的。
接着，对第2干扰去除电路7进行说明。第2干扰去除电路7基于向其他装置发送的1个以上的发送信号即发送信号X0～XM-1，生成与从作为其他装置的通信装置100-2发送的1个以上的信号一起接收的干扰信号的复制信号，从接收到的信号中减去复制信号。具体而言，从自第1干扰去除电路6输入的接收OAM信号z0～zN-1中去除作为天线间干扰的第2自干扰。以下，将第2自干扰中的干扰信号称为第2干扰信号。第2干扰信号是从天线元件41-i发送的发送OAM信号xi-1对由天线元件41-k(k≠i)接收到的信号造成影响的干扰信号。
这里，接收OAM信号zk-1由天线元件41-k接收，经由定向耦合器5-k和第1干扰去除电路6被输入到第2干扰去除电路7。接收OAM信号zk-1中包含的第2干扰信号例如是从发送BM电路1输出的发送OAM信号xi-1经由定向耦合器5-1～5-N的任意1个以上和天线元件41-1～41-N的任意1个以上中的至少1个而从定向耦合器5-k的朝向第1干扰去除电路6的端口输出的信号。然后，该发送OAM信号xi-1从定向耦合器5-k输出并经由第1干扰去除电路6向第2干扰去除电路7输入。将该发送OAM信号xi-1的传播路径称为第2干扰传播路径。接收OAM信号zk-1中包含的第2干扰信号也有时是发送OAM信号x0～xN-1中的多个发送OAM信号分别经由对应的第2干扰传播路径向第2干扰去除电路7输入的信号的总和。
作为第2干扰传播路径，考虑各种传播路径。例如，作为第2干扰传播路径，举出发送OAM信号xi-1被从天线元件41-i作为电波送出后不受到反射、衍射等影响而由作为其他天线元件的天线元件41-k接收的视距(line-of-sight)通信路径。此外，作为第2干扰传播路径，举出发送信号受到反射、衍射等影响而进入接收天线的非视距(non-line-of-sight)通信路径。非视距通信路径不仅存在与传播距离相应的距离衰减，还存在基于反射、衍射等的信号电平的衰减。因此，在第2干扰信号中，经由不产生基于反射、衍射等的衰减的视距通信路径的发送OAM信号xi-1成为主导。因此，本实施方式的第2干扰去除电路7将经由视距通信路径的发送OAM信号xi-1作为第2干扰信号进行处理，从接收OAM信号zk-1中减去第2干扰信号的复制信号，由此进行第2自干扰的去除。
接收OAM信号z0～zN-1中分别包含的经由视距通信路径的发送OAM信号x0～xN-1能够由以下的式(5)表现。另外，式(5)的左边的yv n(在说明书中以上标v示出式中的勾)是接收OAM信号zn中包含的经由视距通信路径的发送OAM信号x0～xN-1。此外，hk，l表示天线元件41-(l+1)与天线元件41-(k+1)之间的视距通信路径的脉冲响应。
[数式5]
Figure BDA0003564632280000101
hk，l能够由以下的式(6)表示。
[数式6]
Figure BDA0003564632280000102
另外，dk，l表示天线元件41-(l+1)与天线元件41-(k+1)之间的传播距离。另外，在式(5)的矩阵中，也包含对角成分，即在进行发送的天线元件与进行接收的天线元件是同一天线元件的情况下对应的要素，但由于传播距离为0，因此，在式(5)的矩阵中，对角成分成为0。此外，β表示全部天线元件41-1～41-N中共同的衰减量和相位旋转，λ表示天线元件41-1～41-N发送的电波的波长。根据式(6)可知，hk，l取决于天线元件间的传播距离。
这里，在UCA4中，天线元件41-1～41-N在圆周上等间隔地排列。在本实施方式中，天线元件41-1～41-N分别既是发送天线元件同时也是接收天线元件。即，天线元件41-1～41-N分别是收发天线元件。图6是示出本实施方式的天线元件41-1～41-N的配置例的图。在图6所示的例子中，将N设为8。如图6所示，天线元件41-1～41-8在同一平面内呈环状以等相位间隔排列。这样，由于天线元件41-1～41-8在同一平面内呈环状以等相位间隔排列，因此，从某个天线元件41-1～41-8观察到的向其他天线元件41-1～41-8传播的传播距离与天线元件41-1～41-8无关，是同样的。
图7是示出作为本实施方式的第1天线元件的天线元件41-1与其他各个天线元件41-2～41-8之间的传播距离的图。图8是示出与第1天线元件相邻的第2天线元件即天线元件41-2与其他各个天线元件41-1、41-3～41-8之间的传播距离的图。在图8和图7中，以从成为起点的天线元件41-1、41-2分别朝向其他天线元件的箭头的长度表示传播距离。例如，在图7中，天线元件41-1与天线元件41-2之间的传播距离以从天线元件41-1朝向天线元件41-2的箭头的长度表示。根据图7和图8可知，虽然成为各箭头的起点和终点的天线元件的编号不同，但如果以使成为起点的天线元件一致的方式旋转，则各箭头在图7和图8中一致。关于以天线元件41-1～41-8中的1个天线元件为起点的与其他天线元件41-1～41-8之间的7个传播距离，即便变更成为起点的天线元件，7个传播距离的值本身也相同。
因此，hk，l能够由以下的式(7)表示。当满足下述式(7)所示的关系时，基于各个天线元件41-1～41-8与各个天线元件41-1～41-8之间的直接波的传播距离而生成的传播路径矩阵、即式(5)的右边的矩阵表现为满足循环对称性。
[数式7]
Figure BDA0003564632280000111
因此，式(5)的右边的矩阵、即表示视距通信路径的矩阵HC能够由以下的式(8)所示的循环矩阵表示。
[数式8]
Figure BDA0003564632280000121
这里，任意的循环矩阵能够使用离散傅里叶变换矩阵而进行对角化，因此，能够如以下的式(9)那样得到对角矩阵HD。
[数式9]
Figure BDA0003564632280000122
根据以上，第2干扰信号能够由以下的式(10)表现。
[数式10]
Figure BDA0003564632280000123
根据式(10)可知，在将发送信号X0～XM-1乘以对角矩阵HD之后，通过实施离散傅里叶变换而得到第2干扰信号。能够通过式(5)～式(8)，根据第2干扰传播路径的传播距离来计算对角矩阵HD。第2干扰去除电路7使发送信号X0～XM-1各自的振幅和相位根据与第2干扰传播路径相应的矩阵而变化，使振幅和相位变化的结果是，能够通过实施离散傅里叶变换而生成第2干扰信号的复制信号。即，第2干扰去除电路7根据传播路径矩阵以及发送信号X0～XM-1，生成第2干扰信号的复制信号，其中，该传播路径矩阵是基于各个天线元件41-1～41-N与各个天线元件41-1～41-N之间的直接波的传播距离而生成的。另外，关于传播路径矩阵，可以基于直接波的传播距离、即基于设计值来计算，也可以通过试验进行测定。例如，也可以通过从某1个天线元件发送测试信号并由各天线元件接收，来取得传播路径矩阵。如上所述，巴特勒矩阵电路中的处理与离散傅里叶变换是同样的，因此，通过在第2干扰去除电路7中进行使用巴特勒矩阵电路的离散傅里叶变换，从而能够以简易的电路结构进行第2自干扰的去除。
图9是示出本实施方式的第2干扰去除电路7的结构例的图。如图9所示，第2干扰去除电路7具备可变放大器71-1～71-M、可变移相器72-1～72-M、巴特勒矩阵电路(以下简称为BM电路)73、以及减法器74-1～74-N。
另外，如上所述。M是能够进行OAM复用的最大数量，实际输入的发送信号X0～XM-1为1个以上即可。因此，可变放大器71-1～71-M中的1个以上的可变放大器对1个以上的第1发送信号即发送信号X0～XM-1各自的振幅进行调整即可。此外，可变移相器72-1～72-M中的1个以上的可变移相器对由1个以上的可变放大器71-1～71-M调整了振幅后的1个以上的发送信号X0～XM-1各自的相位进行调整即可。
可变放大器71-1～71-M分别是能够变更增益的放大器。可变移相器72-1～72-M分别是能够变更移相量的移相器。可变放大器71-1～71-M分别根据对角矩阵HD的对应的要素来设定增益。可变移相器72-1～72-M各自的移相量根据对角矩阵HD的对应的要素来设定。可变放大器71-1～71-M分别根据设定的增益将对应的发送信号X0～XM-1的振幅放大，将放大后的信号向对应的可变移相器72-1～72-M分别输出。可变移相器72-1～72-M分别使输入的信号的相位改变所设定的移相量，将改变了相位的信号向BM电路73输出。
BM电路73与发送BM电路1同样，具有M个输入端口和N个输出端口。作为BM电路73，能够使用与发送BM电路1相同结构的电路。BM电路73对从可变移相器72-1～72-M分别输入的M个信号进行与离散傅里叶变换同样的处理，生成N个信号，将N个信号分别向对应的减法器74-1～74-N输出。从BM电路73向减法器74-1～74-N输出的信号成为第2干扰信号的复制信号。即，BM电路73通过对由1个以上的可变移相器72-1～72-M调整了振幅后的1个以上的发送信号X0～XM-1分别赋予相位而生成第2干扰信号的复制信号。减法器74-1～74-N分别从对应的接收OAM信号z0～zN-1减去对应的第2干扰信号的复制信号，将相减结果分别作为接收OAM信号y0～yN-1向接收BM电路2输出。
另外，第1干扰去除电路6和第2干扰去除电路7的结构不限定于上述的例子。第1干扰去除电路6和第2干扰去除电路7中的至少一方也可以使用软件来实现。即，也可以通过执行记述有第1干扰去除电路6和第2干扰去除电路7中的至少1个的动作的程序，实现第1干扰去除电路6和第2干扰去除电路7中的至少1个。另外，如图9所示，当使用可变放大器71-1～71-M、可变移相器72-1～72-M以及BM电路73生成第2干扰信号时，能够以简易的电路结构生成干扰信号。
在本实施方式中，说明了使用第1干扰去除电路6和第2干扰去除电路7生成第1干扰信号和第2干扰信号双方来降低双方的影响的例子，但通信装置100-1也可以仅具备第1干扰去除电路6和第2干扰去除电路7中的任意一方。在通信装置100-1仅具备第1干扰去除电路6和第2干扰去除电路7中的第2干扰去除电路7的情况下，第2干扰去除电路7成为干扰去除电路。此外，在通信装置100-1具备第1干扰去除电路6和第2干扰去除电路7的情况下，也可以将第1干扰去除电路6和第2干扰去除电路7看作是1个干扰去除电路。
另外，在第1干扰去除电路6中，可变放大器61-1～61-N和可变移相器62-1～62-N构成干扰信号生成电路。此外，在第2干扰去除电路7中，可变放大器71-1～71-M、可变移相器72-1～72-M以及BM电路73构成干扰信号生成电路。
如以上那样，在本实施方式中，通过使用OAM的通信方式进行向通信对方发送第1信号和从通信对方接收第2信号双方的通信装置100-1具备干扰信号生成电路。而且，干扰信号生成电路基于作为第1信号的发送OAM信号或者成为发送OAM信号的基础的发送信号，生成由第1信号产生的干扰信号的复制信号。由此，通信装置100-1能够生成由第1信号产生的干扰信号的复制信号。进而，通信装置100-1从接收OAM信号中减去干扰信号的复制信号。由此，通信装置100-1能够降低干扰。
实施方式2.
图10是示出本发明的实施方式2的通信装置的结构例的图。在实施方式1中，说明了在发送和接收中共用天线的例子，但在本实施方式中，对在发送和接收中单独使用天线的例子进行说明。
本实施方式的通信装置100a-1具备与实施方式1同样的发送BM电路1、与实施方式1同样的接收BM电路2、干扰去除电路8、发送UCA9以及接收UCA10。在图10中，还图示出成为通信装置100a-1的通信对方的通信装置100a-2。通信装置100a-2的结构与通信装置100a-1是同样的。通信装置100a-1与实施方式1同样，通过使用OAM的通信方式来进行向作为通信对方的通信装置100a-2发送第1信号和从通信对方接收第2信号双方。对于具有与实施方式1同样的功能的结构要素，标注与实施方式1相同的标号并省略重复的说明。以下，主要对与实施方式1的不同点进行说明。
发送UCA9和接收UCA10与实施方式1的UCA4同样地具有分别在圆周上等间隔地配置的多个天线元件。从发送BM电路1输出的发送OAM信号被输入到发送UCA9，从发送UCA9作为电波进行辐射。在本实施方式中，通信装置100a-1在发送和接收中单独地具备天线，因此，不需要如实施方式1那样使用定向耦合器5-1～5-N对发送信号和接收信号进行分离。因此，通信装置100a-1不具备分离电路3。在本实施方式中，通信装置100a-1通过在接收UCA10的后级设置干扰去除电路8，从接收信号中去除从发送UCA9发送的信号即第1信号所产生的干扰。由接收UCA10接收到的信号被输入到干扰去除电路8。
图11是示出本实施方式的干扰去除电路8的结构例的图。在本实施方式中，即便从发送UCA9发送的信号通过衍射、反射等由发送UCA9接收，也不直接影响到接收UCA10对信号的接收。此外，通信装置100a-1不具备定向耦合器5-1～5-N，因此，也无需考虑定向耦合器5-1～5-N各自的发送端口与接收端口之间的信号的环绕。因此，在本实施方式中，无需考虑实施方式1中叙述的第1自干扰和第2自干扰中的第1自干扰。
在本实施方式中，产生某个天线元件发送的信号影响到其他天线元件的第2自干扰，但本实施方式的第2自干扰并不是如实施方式1那样同一UCA4内的干扰，而是成为跨越发送UCA9与接收UCA10之间的干扰。因此，应考虑的天线元件间的传播距离的计算方法与实施方式1有一部分不同，但能够通过与实施方式1的第2自干扰的去除同样的方法来去除自干扰。
如图11所示，干扰去除电路8具备可变放大器81-1～81-M、可变移相器82-1～82-M、巴特勒矩阵电路(以下简称为BM电路)83、以及减法器84-1～84-N。可变放大器81-1～81-M分别是能够变更增益的放大器。可变移相器82-1～82-M分别是能够变更移相量的移相器。
这里，在本实施方式中，也与实施方式1同样，能够假定视距通信路径来计算对角矩阵HD。在本实施方式中，虽然单独设置了发送UCA9和接收UCA10，但通过将构成发送UCA9的多个天线元件和构成接收UCA10的天线元件配置为同心圆状，能够与实施方式1同样地循环表示传播距离。
图12是示出本实施方式的发送UCA9和接收UCA10的结构例的图。在图12中，N为8，N是发送UCA9和接收UCA10各自的天线元件的数量。发送UCA9具备作为多个发送天线元件的一例的天线元件91-1～91-8，接收UCA10具备作为多个接收天线元件的一例的天线元件101-1～101-8。天线元件91-1～91-8等间隔地配置在第1圆的圆周上。天线元件101-1～101-8等间隔地配置在配置有天线元件91-1～91-8的第1圆的圆周上。
如图12所示，在天线元件101-1与天线元件101-2之间配置有天线元件91-1。天线元件101-1～101-8分别被配置为，在天线元件91-1～91-8中的相邻的2个天线元件之间与这2个发送天线元件中的各个发送天线元件之间的间隔相等。例如，天线元件91-1配置为，天线元件91-1与天线元件101-1之间的圆周上的间隔和天线元件91-1与天线元件101-2之间的圆周上的间隔相等。由此，虽然对应的天线元件的编号不同，但从天线元件91-1到各个天线元件101-1～101-8为止的多个传播距离与从天线元件91-2到各个天线元件101-1～101-8为止的多个传播距离相等。由此，能够与实施方式1同样地循环表示传播距离。即，通过使实施方式1的式(5)的矩阵的要素hk，l对应于从天线元件91-(l+1)到天线元件101-(k+1)为止的视距通信路径，能够与实施方式1同样地以循环矩阵表示示出视距通信路径的矩阵。但是，在本实施方式中，式(5)的矩阵的对角成分对应于进行发送的天线元件与进行接收的天线元件不同的情况，因此，不会成为0。如以上那样，虽然传播距离与实施方式1不同，但在本实施方式中也能够通过与实施方式1同样的方法来计算对角矩阵HD。
可变放大器81-1～81-M分别根据对角矩阵HD的对应的要素来设定增益。根据对角矩阵HD的对应的要素来设定可变移相器82-1～82-M各自的移相量。可变放大器81-1～81-M分别基于设定的增益将对应的发送信号X0～XM-1的振幅放大，将放大后的信号向对应的可变移相器82-1～82-M分别输出。可变移相器82-1～82-M分别使输入的信号的相位改变所设定的移相量，将改变了相位的信号向BM电路83输出
BM电路83与BM电路73同样地具有M个输入端口和N个输出端口。BM电路83对从可变移相器82-1～82-M分别输入的M个信号进行与离散傅里叶变换同样的处理而生成N个信号，将N个信号分别向对应的减法器84-1～84-N输出。从BM电路83向减法器84-1～84-N输出的信号成为本实施方式的干扰信号的复制信号。减法器84-1～84-N分别从自对应的天线元件101-1～101-N分别输入的接收OAM信号v0～vN-1中减去对应的各个干扰信号的复制信号，将相减结果分别作为接收OAM信号y0～yN-1向接收BM电路2输出。
在本实施方式中，可变放大器81-1～81-M、可变移相器82-1～82-M以及BM电路83构成干扰信号生成电路。
如以上那样，在本实施方式中，在发送和接收中单独具备UCA的通信装置100a-1通过与实施方式1中生成第2干扰信号的方法同样的方法来生成干扰信号。由此，通信装置100a-1能够生成由第1信号产生的干扰信号的复制信号。将构成发送UCA9的天线元件91-1～91-N和构成接收UCA10的天线元件101-1～101-N交替地以等相位间隔配置在同一圆的圆周上。由此，与实施方式1的第2干扰去除电路7同样，能够由可变放大器81-1～81-M、可变移相器82-1～82-M以及BM电路83构成干扰信号生成电路，能够以简易的电路结构生成干扰信号。
实施方式3.
接着，对本发明的实施方式3进行说明。本实施方式的通信装置100a-1的结构除了构成发送UCA9和接收UCA10的天线元件的配置与实施方式2不同以外，其他与实施方式2是同样的。针对具有与实施方式2同样的功能的结构要素，标注与实施方式2相同的标号并省略重复的说明。以下，主要对与实施方式2的不同点进行说明。
在实施方式2中，说明了构成发送UCA9的天线元件91-1～91-N和构成接收UCA10的天线元件101-1～101-N以等相位间隔配置为同一圆状的例子。在本实施方式中，在半径互不相同的同心圆的圆周上分别配置构成发送UCA9的天线元件91-1～91-N和构成接收UCA10的天线元件101-1～101-N。
图13是示出本实施方式的发送UCA9和接收UCA10各自的天线元件的配置例的图。天线元件91-1～91-8等间隔地配置在第1圆的圆周上。天线元件101-1～101-8等间隔地配置在第2圆的圆周上，该第2圆的半径比配置天线元件91-1～91-8的第1圆小，且与第1圆为同心圆。这样，即便在天线元件91-1～91-8和天线元件101-1～101-8分别配置于半径不同的同心圆的圆周上的情况下，也与实施方式2同样，从发送UCA9的天线元件91-1～91-8中的任意1个天线元件到接收UCA10的各个天线元件101-1～101-8为止的多个传播距离与从发送UCA9的天线元件91-1～91-8的其他天线元件到接收UCA10的各个天线元件101-1～101-8为止的多个传播距离相同。
因此，能够与实施方式2同样地计算对角矩阵HD。除了分别设定于可变放大器81-1～81-M的增益与分别设定于可变移相器82-1～82-M的移相量根据天线元件的配置而不同以外，干扰去除电路8的结构和动作与实施方式2是同样的。
图14是示出本实施方式的发送UCA9和接收UCA10各自的天线元件的另一配置例的图。天线元件91-1～91-8等间隔地配置在第1圆的圆周上。天线元件101-1～101-8以等相位间隔配置在第2圆的圆周上，该第2圆的半径比配置天线元件91-1～91-8的第1圆大，且与第1圆为同心圆。这样，即便在天线元件101-1～101-8以等相位间隔配置于半径比配置天线元件91-1～91-8的圆大的同心圆的圆周上的情况下，也与图13的例子同样，从发送UCA9的天线元件91-1～91-8中的任意1个天线元件到接收UCA10的各个天线元件101-1～101-8为止的多个传播距离与从发送UCA9的天线元件91-1～91-8的其他天线元件到接收UCA10的各个天线元件101-1～101-8为止的多个传播距离相同。因此，与实施方式2同样，能够计算对角矩阵HD。
另外，实施方式2中叙述的图12所示的配置、本实施方式中叙述的图13、14所示的配置是循环地表示视距通信路径的配置例。只要通过是循环地表示视距通信路径的配置而能够利用上述式(7)表示视距通信路径的传播路径矩阵，则不限于这些例子，能够应用实施方式2所述的干扰去除方法。另外，当构成发送UCA9的天线元件91-1～91-8与构成接收UCA10的天线元件101-1～101-8之间的传播路径满足上述式(7)所示的关系时，这些传播路径表现为具有循环对称性。
如以上那样，在本实施方式中，在半径互不相同的同心圆的圆周上分别配置了构成发送UCA9的天线元件91-1～91-N和构成接收UCA10的天线元件101-1～101-N。由此，能够得到与实施方式2同样的效果。
以上的实施方式中说明的各电路是处理电路，可以是专用的硬件，也可以是具备执行存储器所存储的程序的CPU等处理器的处理电路。处理电路也被称为控制电路。图15是示出各实施方式的处理电路具备CPU的情况下的处理电路的结构例的图。在图15所示的例子中，处理电路具备CPU201和存储器202。在以上的实施方式所说明的各电路的至少1个由图15所示的处理电路实现的情况下，该至少1个电路的动作以程序的形式记述。而且，CPU201通过执行存储器202所存储的程序来实现该至少1个电路的功能。可以由程序存储介质提供该程序，也可以由通信介质提供该程序。在以上的实施方式所说明的各电路中，也可以由专用的硬件实现一部分，由图15所示的处理电路实现一部分。
例如，该程序使通信装置100-1或通信装置100a-1执行第1步骤和第2步骤，在该第1步骤中，基于向其他装置发送的1个以上的信号而生成与从其他装置发送的1个以上的信号一起接收的干扰信号的复制信号，在该第2步骤中，从接收到的信号中减去复制信号。
例如，实施方式1所述的第1干扰去除电路6和第2干扰去除电路7分别具备的干扰信号生成电路中的至少1个可以由专用的硬件实现，也可以由图15所示的处理电路实现。此外，实施方式2所述的干扰去除电路8具备的干扰信号生成电路可以由专用的硬件实现，也可以由图15所示的处理电路实现。
以上的实施方式所示的结构示出本发明的内容的一例，能够与其他公知技术组合，也能够在不脱离本发明的主旨的范围内省略或变更一部分结构。
标号说明
1发送BM电路，2接收BM电路，3分离电路，4 UCA，5-1～5-N定向耦合器，6第1干扰去除电路，7第2干扰去除电路，8干扰去除电路，9发送UCA，10接收UCA，11-1～11-M、22-1～22-N输入端口，12-1～12-N、21-1～21-M输出端口，61-1～61-N、71-1～71-M、81-1～81-M可变放大器，62-1～62-N、72-1～72-M、82-1～82-M可变移相器，63-1～63-N、74-1～74-N、84-1～84-N减法器，73、83BM电路，100-1、100-2、100a-1、100a-2通信装置。

Claims (13)

1.一种通信装置，其利用轨道角动量而与其他装置之间进行全双工无线通信，其特征在于，
所述通信装置具备干扰去除电路，该干扰去除电路基于向所述其他装置发送的1个以上的发送信号，生成与从所述其他装置发送的1个以上的信号一起接收的干扰信号的复制信号，从接收到的信号中减去所述复制信号。
2.根据权利要求1所述的通信装置，其特征在于，
所述通信装置具备：
发送巴特勒矩阵电路，其通过对作为所述1个以上的发送信号的1个以上的第1发送信号赋予相位而生成多个第2发送信号；
发送等间隔圆形阵列天线，其具备多个发送天线元件，该多个发送天线元件分别发送所述多个第2发送信号；以及
接收等间隔圆形阵列天线，其具备多个接收天线元件，
所述干扰去除电路根据传播路径矩阵和所述1个以上的第1发送信号生成所述复制信号，其中，该传播路径矩阵是基于所述多个发送天线元件中的各个发送天线元件与所述多个接收天线元件中的各个接收天线元件之间的直接波的传播距离而生成的。
3.根据权利要求2所述的通信装置，其特征在于，
所述多个发送天线元件中的各个发送天线元件和所述多个接收天线元件中的各个接收天线元件被配置为所述传播路径矩阵满足循环对称性。
4.根据权利要求3所述的通信装置，其特征在于，
所述干扰去除电路具备：
1个以上的可变放大器，其调整所述1个以上的第1发送信号各自的振幅；
1个以上的可变移相器，其调整由所述1个以上的可变放大器调整了振幅后的所述1个以上的第1发送信号各自的相位；
巴特勒矩阵电路，其通过对由所述1个以上的可变移相器调整了振幅后的所述1个以上的第1发送信号分别赋予相位而生成多个所述复制信号；以及
多个减法器，它们从所述多个接收天线元件分别接收到的多个接收信号中分别减去对应的多个所述复制信号。
5.根据权利要求3或4所述的通信装置，其特征在于，
所述发送等间隔圆形阵列天线和所述接收等间隔圆形阵列天线是具备多个收发天线元件的1个共用圆形阵列天线，
所述通信装置具备多个定向耦合器，该多个定向耦合器分别与所述多个收发天线元件中的对应的收发天线连接，并且分别将所述对应的收发天线中的发送信号与接收信号分离，
所述干扰去除电路生成所述多个收发天线元件各自的内部干扰信号的复制信号，从通过所述多个定向耦合器分别分离出的多个所述接收信号中分别减去对应的所述内部干扰信号的复制信号，
所述内部干扰信号是由于从所述多个收发天线元件发送的多个发送信号环绕到作为所述多个发送信号各自的发送源的收发天线元件而产生的干扰信号。
6.根据权利要求3至5中的任意一项所述的通信装置，其特征在于，
所述多个发送天线元件等间隔地配置在第1圆的圆周上，
所述多个接收天线元件等间隔地配置在所述第1圆的圆周上，
所述多个接收天线元件分别在所述多个发送天线元件中的相邻的2个发送天线元件之间被配置为与所述2个发送天线元件中的各个发送天线元件之间的间隔相等。
7.根据权利要求3至5中的任意一项所述的通信装置，其特征在于，
所述多个发送天线元件等间隔地配置在第1圆的圆周上，
所述多个接收天线元件等间隔地配置在第2圆的圆周上，该第2圆的半径比所述第1圆的半径小，且该第2圆与所述第1圆为同心圆。
8.根据权利要求3至5中的任意一项所述的通信装置，其特征在于，
所述多个发送天线元件等间隔地配置在第1圆的圆周上，
所述多个接收天线元件等间隔地配置在第2圆的圆周上，该第2圆的半径比所述第1圆的半径大，且该第2圆与所述第1圆为同心圆。
9.一种干扰信号生成电路，其在利用轨道角动量而与其他装置之间进行全双工无线通信的通信装置中，生成干扰信号的复制信号，该通信装置具备：发送巴特勒矩阵电路，其通过对1个以上的第1发送信号赋予相位而生成多个第2发送信号；发送等间隔圆形阵列天线，其具备多个发送天线元件，该多个发送天线元件分别发送多个第2发送信号；以及接收等间隔圆形阵列天线，其具备多个接收天线元件，
其特征在于，
根据传播路径矩阵和所述1个以上的第1发送信号生成所述复制信号，其中，该传播路径矩阵是基于所述多个发送天线元件中的各个发送天线元件与所述多个接收天线元件中的各个接收天线元件之间的直接波的传播距离而生成的。
10.根据权利要求9所述的干扰信号生成电路，其特征在于，
所述干扰信号生成电路具备：
1个以上的可变放大器，其调整所述1个以上的第1发送信号各自的振幅；
1个以上的可变移相器，其调整由所述1个以上的可变放大器调整了振幅后的所述1个以上的第1发送信号各自的相位；以及
巴特勒矩阵电路，其通过对由所述1个以上的可变移相器调整了振幅后的所述1个以上的第1发送信号赋予相位而生成多个所述复制信号。
11.一种控制电路，其在利用轨道角动量而与其他装置之间进行全双工无线通信的通信装置中去除干扰，
其特征在于，
基于向所述其他装置发送的1个以上的信号，生成与从所述其他装置发送的1个以上的信号一起接收的干扰信号的复制信号，从接收到的信号中减去所述复制信号。
12.一种干扰去除方法，其是利用轨道角动量而与其他装置之间进行全双工无线通信的通信装置中的干扰去除方法，其特征在于，
所述干扰去除方法包括：
第1步骤，基于向所述其他装置发送的1个以上的信号，生成与从所述其他装置发送的1个以上的信号一起接收的干扰信号的复制信号；以及
第2步骤，从接收到的信号中减去所述复制信号。
13.一种程序存储介质，其存储使通信装置执行的程序，该通信装置与其他装置之间进行利用了轨道角动量的通信，其特征在于，
所述程序使所述通信装置执行：
第1步骤，基于向所述其他装置发送的1个以上的信号，生成与从所述其他装置发送的1个以上的信号一起接收的干扰信号的复制信号；以及
第2步骤，从接收到的信号中减去所述复制信号。
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