JP6643674B2 - 送信装置、受信装置、送信方法、および受信方法 - Google Patents

Description

本開示は、送信装置、受信装置、送信方法、および受信方法に関する。

電磁波を用いて信号を送受信する無線通信において、近年、軌道角運動量（ＯＡＭ：orbital angular momentum）を有する電磁波が用いられている。

ＯＡＭを有する電磁波には、アジマス角に対する位相変化量の違いによって、複数のモード（以下、ＯＡＭ伝搬モードと記載）が存在する。異なるＯＡＭ伝搬モードを有する電磁波は、互いに直交する。

例えば、特許文献１では、複数の送信パラボラアンテナが、それぞれ異なるＯＡＭ伝搬モードを有する電磁波を送信し、複数の送信パラボラアンテナと対をなす複数の受信パラボラアンテナが、対応する送信パラボラアンテナから送信される電磁波を受信する技術が開示されている。この技術により、送信パラボラアンテナと受信パラボラアンテナの１対の間で１つのＯＡＭ伝搬モードを有する電磁波を送受信できるため、複数の直交チャネルで信号を多重することにより、高い通信容量を実現できる。

また、特許文献２、特許文献３では、円形に配置したアレーアンテナを用いて、異なるＯＡＭ伝搬モードを有する電磁波を送信する技術が開示されている。この技術により、複数のＯＡＭ伝搬モードを有する電磁波を送受信できるため、複数の直交チャネルで信号を多重することにより、高い通信容量を実現できる。

国際公開第２０１４／１９９４５１号明細書 国際公開第２０１５／１５９８０８号明細書 特開２０１５−２０７７９９号公報

しかしながら、特許文献１、特許文献２、特許文献３の技術では、ＯＡＭ伝搬モードを有する電磁波の無線信号を送受信する専用のアンテナが必要となってしまう。

そのため、例えば、ｍａｓｓｉｖｅＭＩＭＯで用いる、アンテナ素子が格子状に配置された既存のアレーアンテナにおいて、複数のＯＡＭ伝搬モードを有する無線信号によって通信を行うことができない。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、アンテナ素子が格子状に配置されたアレーアンテナにおいて、複数のＯＡＭ伝搬モードを有する無線信号によって複数の直交チャネルで信号を多重することができる送信装置、受信装置、送信方法および受信方法を提供することを目的とする。

本開示の送信装置は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のＯＡＭ（orbital angular momentum）伝搬モードに対応するＮ系統の信号を多重した多重化信号を送信する送信装置であって、平面視した際の平面に、格子状に配置されたＭ個（Ｍは２以上の整数）のアンテナ素子を有するアレーアンテナと、前記Ｎ系統の信号それぞれをＭ個に分岐した信号に対して、前記ＯＡＭ伝搬モードに応じた前記平面上の基準点から見た前記基準点を通る基準軸に対する前記Ｍ個のアンテナ素子それぞれの角度に基づいた移相角の重み付け係数を乗じ、前記移相角の重み付け係数を乗じた前記Ｎ系統の信号を多重して前記Ｍ個のアンテナ素子から送信する送信部と、を有する。

本開示の受信装置は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のＯＡＭ（orbital angular momentum）伝搬モードに対応するＮ系統の信号を多重した多重化信号を受信する受信装置であって、平面視した際の平面に、格子状に配置されたＭ個（Ｍは２以上の整数）のアンテナ素子を有するアレーアンテナと、前記多重化信号に対して、前記ＯＡＭ伝搬モードに応じた前記平面上の基準点から見た前記基準点を通る基準軸に対する前記Ｍ個のアンテナ素子それぞれの角度に基づいた移相角の重み付け係数を乗じ、前記多重化信号をＮ系統の受信信号に分離する受信部と、を有する。

本開示の送信方法は、平面視した際の平面に、格子状に配置されたＭ個（Ｍは２以上の整数）のアンテナ素子を有するアレーアンテナを用いて、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のＯＡＭ（orbital angular momentum）伝搬モードに対応するＮ系統の信号を多重した多重化信号を送信する送信方法であって、前記Ｎ系統の信号それぞれをＭ個に分岐した信号に対して、前記ＯＡＭ伝搬モードに応じた前記平面上の基準点から見た前記基準点を通る基準軸に対する前記Ｍ個のアンテナ素子それぞれの角度に基づいた移相角の重み付け係数を乗じ、前記移相角の重み付け係数を乗じた前記Ｎ系統の信号を多重し、前記Ｍ個のアンテナ素子から前記多重した信号を送信する。

本開示の受信方法は、平面視した際の平面に、格子状に配置されたＭ個（Ｍは２以上の整数）のアンテナ素子を有するアレーアンテナを用いて、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のＯＡＭ（orbital angular momentum）伝搬モードに対応するＮ系統の信号を多重した多重化信号を受信する受信方法であって、前記多重化信号を前記Ｍ個のアンテナ素子から受信し、前記受信した多重化信号に対して、前記ＯＡＭ伝搬モードに応じた前記平面上の基準点から見た前記基準点を通る基準軸に対する前記Ｍ個のアンテナ素子それぞれの角度に基づいた移相角の重み付け係数を乗じ、前記多重化信号をＮ系統の受信信号に分離する。

本開示によれば、アンテナ素子が格子状に配置されたアレーアンテナにおいて、複数のＯＡＭ伝搬モードを有する無線信号によって複数の直交チャネルで信号を多重することができる。

本開示の実施の形態に係るＯＡＭ多重伝送システムの一例を示す図 アレーアンテナの構成の一例を示す図 本開示の実施の形態に係る送信部の構成を示すブロック図 本開示の実施の形態に係る受信部の構成を示すブロック図 本開示の実施の形態に係る復調部の構成の一例を示す図 本開示の実施の形態におけるＯＡＭ移相の決定方法の一例を示す図 本開示の実施の形態におけるＯＡＭ移相の決定方法の一例を示す図 ２×２の正方配置のアレーアンテナの一例を示す図 ２×２の正方配置のアレーアンテナにおけるＯＡＭ移相を示す図 本開示の実施の形態におけるＯＡＭ多重伝送システムの一例を示す図 異なるＯＡＭ伝搬モードにおけるアンテナ素子間隔と通過特性との関係を示す図 アレーアンテナの構成の一例を示す図 ＯＡＭ多重伝送送受信装置をコンフォーマルアレーアンテナに適用した一例を示す図 ＯＡＭ多重伝送送受信装置をカセグレンアンテナに適用する送受信システムの例を示す図 本開示の実施の形態におけるアレーアンテナを一次放射器として適用したカセグレンアンテナの一例を示す断面図 本開示の実施の形態におけるアレーアンテナを一次放射器として適用したパラボラアンテナの一例を示す断面図 飛翔体追尾システムの一例を示す図 コンフォーマルアレーアンテナの構成の一例を示す図

本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する各実施の形態は一例であり、本開示はこれらの実施の形態により限定されるものではない。

（実施の形態）
図１は、本実施の形態に係るＯＡＭ多重伝送システムの一例を示す図である。本実施の形態に係るＯＡＭ多重伝送システムは、０次、＋１次、−１次、２次の４つのＯＡＭ伝搬モードで多重を行うシステムである。２次のＯＡＭ伝搬モードとしては、−２次または＋２次のいずれか、またはその混在したＯＡＭ伝搬モードを用いる。ＯＡＭ多重伝送システムは、ＯＡＭ多重伝送送受信装置１０−１と、ＯＡＭ多重伝送送受信装置１０−２とを含む。ＯＡＭ多重伝送送受信装置１０−１と、ＯＡＭ多重伝送送受信装置１０−２とは、同一の構成を有し、１対１で互いに送受信を行う。以下では、ＯＡＭ多重伝送送受信装置１０−１とＯＡＭ多重伝送装置１０−２の構成について、ＯＡＭ多重伝送送受信装置１０として説明する。

ＯＡＭ多重伝送送受信装置１０は、アレーアンテナ１００、デマルチプレクサ１１、送信部１２、共用器１３（１３−１−１〜１３−４−４）、受信部１４、マルチプレクサ１５、および制御部１６を有する。

アレーアンテナ１００は、複数のアンテナ素子が平面に格子状に配置された構成を有する。図２は、アレーアンテナ１００の構成の一例を示す図である。

図２に示すアレーアンテナ１００は、１６個のアンテナ素子が横方向に４個、縦方向に４個配置された４×４の正方配置のフェーズドアレーである。以下、１６個の各アンテナ素子を図２に示す位置に応じて、それぞれ、アンテナ素子１−１〜４−４と記載する。

図１の説明に戻ると、デマルチプレクサ１１は、入力信号を４系統の信号に分離し、４系統の信号Ｓ（０）、Ｓ（＋１）、Ｓ（−１）、Ｓ（２）を送信部１２へ出力する。

送信部１２は、４系統の信号Ｓ（０）、Ｓ（＋１）、Ｓ（−１）、Ｓ（２）のそれぞれに対し、指向性制御の重み付け、ＯＡＭ伝搬モードに応じた重み付け、無線周波数帯へのアップコンバート、および増幅等の送信処理を行い、送信処理を施した信号を共用器１３−１−１〜１３−４−４へ出力する。送信部１２の具体的な構成については、後述する。

共用器１３−１−１〜１３−４−４は、それぞれ、対応するアンテナ素子１−１〜４−４に接続する。つまり、共用器１３−ｉ−ｊ（ｉ、ｊは、それぞれ、１から４のいずれか１つの整数）は、アンテナ素子ｉ−ｊに接続する。共用器１３−ｉ−ｊは、送信と受信とでアンテナ素子ｉ−ｊを共用するために設けられる。共用器１３−ｉ−ｊは、送信部１２から出力された信号をアンテナ素子ｉ−ｊへ出力する。また、共用器１３−ｉ−ｊは、アンテナ素子ｉ−ｊが受信した信号を受信部１４へ出力する。

受信部１４は、共用器１３−１−１〜１３−４−４から出力された信号に対して、増幅、ベースバンドへのダウンコンバート、ＯＡＭ伝搬モードに応じた重み付け、および指向性制御の重み付け等の受信処理を行い、受信処理を施した信号Ｒ（０）、Ｒ（＋１）、Ｒ（−１）、Ｒ（２）をマルチプレクサ１５へ出力する。受信部１４の具体的な構成については、後述する。

マルチプレクサ１５は、受信部１４から出力される４系統の受信信号を１つの信号に纏め、１つの出力信号を出力する。

制御部１６は、デマルチプレクサ１１、送信部１２、共用器１３（１３−１−１〜１３−４−４）、受信部１４、マルチプレクサ１５の制御を行う。なお、入力信号、出力信号が１系統の例を示したが、デマルチプレクサ１１、マルチプレクサ１５を用いずに、４系統の信号を送受信する構成としてもよい。

次に、送信部１２の構成について説明する。図３は、本実施の形態に係る送信部１２の構成を示すブロック図である。送信部１２は、変調器２１−１〜２１−４、重み付け部２２−１−１〜２２−４−４、ミキサ２３−１−１〜２３−４−４、および増幅器２４−１−１〜２４−４−４を有する。

変調器２１−１〜２１−４は、それぞれ、０次、＋１次、−１次、２次の４つのＯＡＭ伝搬モードに対応する。重み付け部２２−ｉ−ｊ、ミキサ２３−ｉ−ｊ、および増幅器２４−ｉ−ｊは、アンテナ素子ｉ−ｊに対応する。つまり、送信部１２は、ＯＡＭ伝搬モードの数と同数の変調器２１と、アンテナ素子の数と同数の重み付け部２２、ミキサ２３、および増幅器２４と、を有する。

変調器２１−１は、デマルチプレクサ１１から出力される信号Ｓ（０）に対して所定の変調処理を行い、変調処理を行った信号Ｓ（０）を重み付け部２２−１〜２２−４−４へ出力する。変調器２１−２は、デマルチプレクサ１１から出力される信号Ｓ（＋１）に対して所定の変調処理を行い、変調処理を行った信号Ｓ（＋１）を重み付け部２２−１〜２２−４−４へ出力する。変調器２１−３は、デマルチプレクサ１１から出力される信号Ｓ（−１）に対して所定の変調処理を行い、変調処理を行った信号Ｓ（−１）を重み付け部２２−１〜２２−４−４へ出力する。変調器２１−４は、デマルチプレクサ１１から出力される信号Ｓ（２）に対して所定の変調処理を行い、変調処理を行った信号Ｓ（２）を重み付け部２２−１〜２２−４−４へ出力する。なお、各変調器２１における変調処理は、制御部１６の制御により行われる。

重み付け部２２−１−１〜２２−４−４は、変調器２１−１〜２１−４から出力された信号に対して、指向性制御の重み付け、ＯＡＭ伝搬モードに応じた重み付けを行う。重み付け部２２−１−１〜２２−４−４は、同様の構成を有する。以下、重み付け部２２−１−１の構成について説明する。

重み付け部２２−１−１は、複素振幅重み付け部２５−１−１−１、２５−２−１−１、２５−３−１−１、２５−４−１−１と、指向性制御移相重み付け部２６−１−１−１、２６−２−１−１、２６−３−１−１、２６−４−１−１と、ＯＡＭ移相重み付け部２７−１−１−１、２７−２−１−１、２７−３−１−１、２７−４−１−１と、加算部２８−１−１と、を有する。

複素振幅重み付け部２５−１−１−１、指向性制御移相重み付け部２６−１−１−１、ＯＡＭ移相重み付け部２７−１−１−１は、０次のＯＡＭ伝搬モードに対応する。同様に、複素振幅重み付け部２５−２−１−１、指向性制御移相重み付け部２６−２−１−１、ＯＡＭ移相重み付け部２７−２−１−１は、＋１次のＯＡＭ伝搬モードに対応し、複素振幅重み付け部２５−３−１−１、指向性制御移相重み付け部２６−３−１−１、ＯＡＭ移相重み付け部２７−３−１−１は、−１次のＯＡＭ伝搬モードに対応し、複素振幅重み付け部２５−４−１−１、指向性制御移相重み付け部２６−４−１−１、ＯＡＭ移相重み付け部２７−４−１−１は、２次のＯＡＭ伝搬モードに対応する。

複素振幅重み付け部２５−１−１−１は、変調器２１−１から出力された信号に複素振幅Ａ（０，１，１）の重み付け係数を乗じることによって、重み付けを行う。同様に、複素振幅重み付け部２５−２−１−１は、変調器２１−２から出力された信号に複素振幅Ａ（＋１，１，１）の重み付け係数を乗じて、重み付けを行う。複素振幅重み付け部２５−３−１−１は、変調器２１−３から出力された信号に複素振幅Ａ（−１，１，１）の重み付け係数を乗じて、重み付けを行う。複素振幅重み付け部２５−４−１−１は、変調器２１−４から出力された信号に複素振幅Ａ（２，１，１）の重み付け係数を乗じて、重み付けを行う。複素振幅Ａ（ｎ，ｉ，ｊ）は、アンテナ素子ｉ−ｊにおけるｎ次のＯＡＭ伝搬モードの送信信号に対する指向性制御の複素振幅を示す。本実施の形態では、０次、＋１次、−１次、２次の４つのＯＡＭ伝搬モードを用いるので、ｎは、０、＋１、−１、２のいずれか１つの値をとる。

指向性制御移相重み付け部２６−１−１−１は、複素振幅重み付け部２５−１−１−１から出力された信号に指向性制御移相Ｔ（０，１，１）の重み付け係数を乗じることによって、重み付けを行う。同様に、指向性制御移相重み付け部２６−２−１−１は、複素振幅重み付け部２５−２−１−１から出力された信号に指向性制御移相Ｔ（＋１，１，１）の重み付け係数を乗じることによって、重み付けを行う。指向性制御移相重み付け部２６−３−１−１は、複素振幅重み付け部２５−３−１−１から出力された信号に指向性制御移相Ｔ（−１，１，１）の重み付け係数を乗じることによって、重み付けを行う。指向性制御移相重み付け部２６−４−１−１は、複素振幅重み付け部２５−４−１−１から出力された信号に指向性制御移相Ｔ（２，１，１）の重み付け係数を乗じることによって、重み付けを行う。指向性制御移相Ｔ（ｎ，ｉ，ｊ）は、アンテナ素子ｉ−ｊにおけるｎ次のＯＡＭ伝搬モードの送信信号に対する指向性制御移相を示す。

複素振幅Ａ（ｎ，ｉ，ｊ）、指向性制御移相Ｔ（ｎ，ｉ，ｊ）は、アレーアンテナ１００の指向性の方向、およびアンテナ素子間隔によって定められる。格子状にアンテナ素子が配置されたアレーアンテナ１００における複素振幅Ａ（ｎ，ｉ，ｊ）、指向性制御移相Ｔ（ｎ，ｉ，ｊ）の算出方法は、周知の技術であるため、説明は省略する。

ＯＡＭ移相重み付け部２７−１−１−１は、指向性制御移相重み付け部２６−１−１−１から出力された信号にＯＡＭ移相Φ（０，１，１）の重み付け係数を乗じることによって、重み付けを行う。同様に、ＯＡＭ移相重み付け部２７−２−１−１は、指向性制御移相重み付け部２６−２−１−１から出力された信号にＯＡＭ移相Φ（＋１，１，１）の重み付け係数を乗じることによって、重み付けを行う。ＯＡＭ移相重み付け部２７−３−１−１は、指向性制御移相重み付け部２６−３−１−１から出力された信号にＯＡＭ移相Φ（−１，１，１）の重み付け係数を乗じることによって、重み付けを行う。ＯＡＭ移相重み付け部２７−４−１−１は、指向性制御移相重み付け部２６−４−１−１から出力された信号にＯＡＭ移相Φ（２，１，１）の重み付け係数を乗じることによって、重み付けを行う。ＯＡＭ移相Φ（ｎ，ｉ，ｊ）は、アンテナ素子ｉ−ｊにおけるｎ次のＯＡＭ伝搬モードの送信信号に対するＯＡＭ移相を示す。ＯＡＭ移相の決定方法については、後述する。

加算部２８−１−１は、ＯＡＭ移相重み付け部２７−１−１−１〜２７−４−１−１からそれぞれ出力される、各ＯＡＭ伝搬モードの信号を合成し、合成した信号をミキサ２３−１−１へ出力する。

各重み付け部２２−ｉ−ｊにおいても、重み付け部２２−１−１と同様の処理が行われる。

変調器２１−１〜２１−４がそれぞれＳ（０）、Ｓ（＋１）、Ｓ（−１）、Ｓ（２）を変調した後の変調信号を、Ｓ’（０）、Ｓ’（＋１）、Ｓ（−１）、Ｓ（２）とすると、重み付け部２２−ｉ−ｊから出力される信号Ｓ’’（ｉ，ｊ）は、次式（１）で表わされる。

ここで、Ｊは虚数単位であり、ｎは、０、＋１、−１、２の値をとる。

ミキサ２３−ｉ−ｊは、対応する重み付け部２２−ｉ−ｊから出力される信号を、搬送波周波数帯にアップコンバートする。

増幅器２４−ｉ−ｊは、ミキサ２３−ｉ−ｊから出力される信号の電力の増幅を行い、共用器１３−ｉ−ｊへ出力する。

次に受信部１４の構成について説明する。図４は、本実施の形態に係る受信部１４の構成を示すブロック図である。受信部１４は、増幅器４１−１−１〜４１−４−４、ミキサ４２−１−１〜４２−４−４、重み付け部４３−１−１〜４３−４−４、および復調部４４−１〜４４−４を有する。

増幅器４１−ｉ−ｊ、ミキサ４２−ｉ−ｊ、および重み付け部４３−ｉ−ｊは、アンテナ素子ｉ−ｊに対応する。復調部４４−１〜４４−４は、それぞれ、０次、＋１次、−１次、２次の４つのＯＡＭ伝搬モードに対応する。

増幅器４１−ｉ−ｊは、アンテナ素子ｉ−ｊが受信した受信信号の電力の増幅を行い、ミキサ４２−ｉ−ｊへ出力する。

ミキサ４２−ｉ−ｊは、増幅器４１−ｉ−ｊから出力される信号を、ベースバンドにダウンコンバートし、重み付け部４３−ｉ−ｊへ出力する。

重み付け部４３−１−１〜４３−４−４は、それぞれ、対応するミキサ４２−１−１〜４２−４−４から出力された信号に対して、指向性制御に対する重み付け、およびＯＡＭ伝搬モードに応じた重み付けを行うことにより、多重された信号を各ＯＡＭ伝搬モードの信号成分に分離する。そして、重み付け部４３−１−１〜４３−４−４は、各ＯＡＭ伝搬モードの信号成分を対応する復調部４４−１〜４４−４へ出力する。重み付け部４３−１−１〜４３−４−４は、同様の構成を有する。以下、重み付け部４３−１−１の構成について説明する。

重み付け部４３−１−１は、ＯＡＭ移相重み付け部４５−１−１−１、４５−２−１−１、４５−３−１−１、４５−４−１−１と、指向性制御移相重み付け部４６−１−１−１、４６−２−１−１、４６−３−１−１、４６−４−１−１と、複素振幅重み付け部４７−１−１−１、４７−２−１−１、４７−３−１−１、４７−４−１−１と、を有する。

ＯＡＭ移相重み付け部４５−１−１−１、指向性制御移相重み付け部４６−１−１−１、複素振幅重み付け部４７−１−１−１は、０次のＯＡＭ伝搬モードに対応する。同様に、ＯＡＭ移相重み付け部４５−２−１−１、指向性制御移相重み付け部４６−２−１−１、複素振幅重み付け部４７−２−１−１は、＋１次のＯＡＭ伝搬モードに対応し、ＯＡＭ移相重み付け部４５−３−１−１、指向性制御移相重み付け部４６−３−１−１、複素振幅重み付け部４７−３−１−１は、−１次のＯＡＭ伝搬モードに対応し、ＯＡＭ移相重み付け部４５−４−１−１、指向性制御移相重み付け部４６−４−１−１、複素振幅重み付け部４７−４−１−１は、２次のＯＡＭ伝搬モードに対応する。

ＯＡＭ移相重み付け部４５−１−１−１は、ミキサ４２−１−１から出力された信号に、送信部１２のＯＡＭ移相重み付け部２７−１−１におけるＯＡＭ移相Φ（０，１，１）の正負を反転させたＯＡＭ移相−Φ（０，１，１）の重み付け係数を乗じることによって、重み付けを行う。同様に、ＯＡＭ移相重み付け部４５−２−１−１は、ミキサ４２−１−１から出力された信号に、ＯＡＭ移相−Φ（＋１，１，１）の重み付け係数を乗じることによって、重み付けを行う。ＯＡＭ移相重み付け部４５−３−１−１は、ミキサ４２−１−１から出力された信号に、ＯＡＭ移相−Φ（−１，１，１）の重み付け係数を乗じることによって、重み付けを行う。ＯＡＭ移相重み付け部４５−４−１−１は、ミキサ４２−１−１から出力された信号に、ＯＡＭ移相−Φ（２，１，１）の重み付け係数を乗じることによって、重み付けを行う。

指向性制御移相重み付け部４６−１−１−１は、ＯＡＭ移相重み付け部４５−１−１−１から出力された信号に、指向性制御移相Ｔ’（０，１，１）の重み付け係数を乗じることによって、重み付けを行う。同様に、指向性制御移相重み付け部４６−２−１−１は、ＯＡＭ移相重み付け部４５−２−１−１から出力された信号に、指向性制御移相Ｔ’（＋１，１，１）の重み付け係数を乗じることによって、重み付けを行う。指向性制御移相重み付け部４６−３−１−１は、ＯＡＭ移相重み付け部４５−３−１−１から出力された信号に、指向性制御移相Ｔ’（−１，１，１）の重み付け係数を乗じることによって、重み付けを行う。指向性制御移相重み付け部４６−４−１−１は、ＯＡＭ移相重み付け部４５−４−１−１から出力された信号に、指向性制御移相Ｔ’（２，１，１）の重み付け係数を乗じることによって、重み付けを行う。

複素振幅重み付け部４７−１−１−１は、指向性制御移相重み付け部４６−１−１−１から出力された信号に、複素振幅Ａ’（０，１，１）の重み付け係数を乗じることによって、０次のＯＡＭ伝搬モードの受信信号成分ｒ（０）を生成する。そして、複素振幅重み付け部４７−１−１−１は、ｒ（０）を復調部４４−１へ出力する。複素振幅Ａ’（ｎ，ｉ，ｊ）は、アンテナ素子ｉ−ｊにおけるｎ次のＯＡＭ伝搬モードの受信信号に対する指向性制御の複素振幅を示す。

同様に、複素振幅重み付け部４７−２−１−１は、指向性制御移相重み付け部４６−２−１−１から出力された信号に、複素振幅Ａ’（＋１，１，１）の重み付け係数を乗じることによって、＋１次のＯＡＭ伝搬モードの受信信号成分ｒ（＋１）を生成する。そして、複素振幅重み付け部４７−２−１−１は、ｒ（＋１）を復調部４４−２へ出力する。複素振幅重み付け部４７−３−１−１は、指向性制御移相重み付け部４６−３−１−１から出力された信号に、複素振幅Ａ’（−１，１，１）の重み付け係数を乗じることによって、―１次のＯＡＭ伝搬モードの受信信号成分ｒ（−１）を生成する。そして、複素振幅重み付け部４７−３−１−１は、ｒ（−１）を復調部４４−３へ出力する。複素振幅重み付け部４７−４−１−１は、指向性制御移相重み付け部４６−４−１−１から出力された信号に、複素振幅Ａ’（２，１，１）の重み付け係数を乗じることによって、２次のＯＡＭ伝搬モードの受信信号成分ｒ（２）を生成する。そして、複素振幅重み付け部４７−４−１−１は、ｒ（２）を復調部４４−４へ出力する。

複素振幅Ａ’（ｎ，ｉ，ｊ）、指向性制御移相Ｔ’（ｎ，ｉ，ｊ）は、アレーアンテナ１００の指向性の方向、およびアンテナ素子間隔によって定められる。格子状にアンテナ素子が配置されたアレーアンテナ１００における複素振幅Ａ’（ｎ，ｉ，ｊ）、指向性制御移相Ｔ’（ｎ，ｉ，ｊ）の算出方法は、周知の技術であるため、説明は省略する。

各重み付け部４３−ｉ−ｊにおいても、重み付け部２２−１−１と同様の処理が行われる。

アンテナ素子ｉ−ｊが受信した信号をＲ’（ｉ，ｊ）とすると、重み付け部４３−ｉ−ｊから出力されるｎ次のＯＡＭ伝搬モードの受信信号成分ｒ（ｎ）は、次式（２）で表わされる。

ここで、Ｊは虚数単位である。

復調部４４−１は、重み付け部４３−１−１〜４３−４−４からそれぞれ出力される０次のＯＡＭ伝搬モードの受信信号成分ｒ（０）の合成および復調処理を行う。復調部４４−２は、重み付け部４３−１−１〜４３−４−４からそれぞれ出力される＋１次のＯＡＭ伝搬モードの受信信号成分ｒ（＋１）の合成および復調処理を行う。復調部４４−２は、重み付け部４３−１−１〜４３−４−４からそれぞれ出力される−１次のＯＡＭ伝搬モードの受信信号成分ｒ（−１）の合成および復調処理を行う。復調部４４−４は、重み付け部４３−１−１〜４３−４−４からそれぞれ出力される２次のＯＡＭ伝搬モードの受信信号成分ｒ（２）の合成および復調処理を行う。復調部４４−１〜４４−４の具体的な構成について、復調部４４−１を例にとって、図５を参照して説明する。

図５は、本実施の形態に係る復調部４４−１の構成の一例を示す図である。復調部４４−１は、合成部４８−１および復調器４９−１を有する。

合成部４８−１は、重み付け部４３−１−１〜４３−４−４から出力された０次のＯＡＭ伝搬モードの受信信号成分ｒ（０）を加算することにより合成する。そして、合成部４８−１は、合成した信号を復調器４９−１へ出力する。

復調器４９−１は、合成した信号の復調処理を行う。復調器４９−１は、復調処理を行った信号Ｒ（０）をマルチプレクサ１５へ出力する。

次に、ＯＡＭ移相Φの決定方法について図６を参照して説明する。図６Ａ、図６Ｂは、本実施の形態におけるＯＡＭ移相の決定方法の一例を示す図である。図６Ａは、図２で示したアレーアンテナ１００上にｎ次のＯＡＭ伝搬モードの移相中心点Ｏ（ｎ）、およびｎ次のＯＡＭ伝搬モードの移相基準方向ｘ（ｎ）を示している。

移相中心点Ｏ（ｎ）は、ＯＡＭ移相を定める基準となる基準点である。移相基準方向ｘ（ｎ）は、ＯＡＭ移相を定める基準となる基準軸である。移相基準方向ｘ（ｎ）は、移相中心点Ｏ（ｎ）を始点とし、所定の方向に延びる線分である。なお、移相中心点Ｏ（ｎ）の位置および／または移相基準方向ｘ（ｎ）の延びる方向は、ＯＡＭ伝搬モードによって、異なっていてもよい。

ｎ次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相Φ（ｎ，ｉ，ｊ）は、ＯＡＭ伝搬モードの次数ｎ、およびアンテナ素子ｉ−ｊの位置に基づいて算出される。

具体的には、まず、移相中心点Ｏ（ｎ）と移相基準方向ｘ（ｎ）とを基準とした、アンテナ素子ｉ−ｊの回転角θ（ｎ，ｉ，ｊ）を算出する。詳細には、移相中心点Ｏ（ｎ）およびアンテナ素子ｉ−ｊの中心を結ぶ直線と移相基準方向ｘ（ｎ）とのなす角をアンテナ素子ｉ−ｊの回転角θ（ｎ，ｉ，ｊ）として決定する。

図６Ｂには、アンテナ素子１−３におけるｎ次のＯＡＭ伝搬モードの回転角θ（ｎ，１，３）の例が示される。図６Ｂに示すように、θ（ｎ，１，３）は、移相中心点Ｏ（ｎ）およびアンテナ素子１−３の中心を結ぶ直線と移相基準方向ｘ（ｎ）とのなす角として決定される。

そして、回転角θ（ｎ，ｉ，ｊ）に対して、次数を示すｎを乗じることによって、ＯＡＭ移相Φ（ｎ，ｉ，ｊ）＝ｎ×θ（ｎ，ｉ，ｊ）が決定される。

次に、具体的なＯＡＭ移相Φの値について２×２の正方配置のアレーアンテナ５００を例にとって説明する。図７Ａは、２×２の正方配置のアレーアンテナ５００の構成の一例を示す図である。図７Ｂは、２×２の正方配置のアレーアンテナ５００におけるＯＡＭ移相を示す図である。

図７Ａに示すように、アレーアンテナ５００には、４個のアンテナ素子１−１、１−２、２−１、２−２が横方向に２個、縦方向に２個配置される。また、図７Ａに示すように、アレーアンテナ５００の中心を移相中心点Ｏ（ｎ）とし、移相中心点Ｏ（ｎ）からアンテナ素子１−１の中心に向かう方向を移相基準方向ｘ（ｎ）とする。なお、図７Ａ、図７Ｂにおいて、移相中心点および移相基準方向は、複数のＯＡＭ伝搬モードの次数それぞれにおいて共通とし、それぞれ、Ｏ（ｎ）およびｘ（ｎ）として説明する。

図７Ｂには、アレーアンテナ５００における各アンテナ素子のＯＡＭ移相がＯＡＭ伝搬モード毎に示される。

０次のＯＡＭ伝搬モード（ｎ＝０）の場合、各アンテナ素子のＯＡＭ移相は、全てゼロ、つまり、互いに位相差を与えない。そのため、アレーアンテナ５００は、同移相の平面波を出力する。

次に、＋１次のＯＡＭ伝搬モード（ｎ＝＋１）の場合のＯＡＭ移相について説明する。移相基準方向ｘ（ｎ）と、移相中心点Ｏ（ｎ）およびアンテナ素子２−１の中心を結ぶ直線とのなす角は、π／２である。そのため、アンテナ素子２−１における＋１次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相Φ（＋１，２，１）は、π／２となる。同様に、アンテナ素子２−２における＋１次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相Φ（＋１，２，２）、アンテナ素子１−２における＋１次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相Φ（＋１，１，２）、およびアンテナ素子１−１における＋１次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相Φ（＋１，１，１）は、それぞれ、π、３π／２、および０となる。

つまり、図７Ｂに示すように、アレーアンテナ５００における＋１次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相は、移相中心点を中心とし、アンテナ素子１−１から左周りに１周すると、２π分位相が変化する。そして、アンテナ素子１−１から左周りに見た場合に、アンテナ素子毎にπ／２ずつ増加する。

次に、−１次のＯＡＭ伝搬モード（ｎ＝−１）の場合のＯＡＭ移相について説明する。前述の通り、移相基準方向ｘ（ｎ）と、移相中心点Ｏ（ｎ）およびアンテナ素子２−１の中心を結ぶ直線とのなす角（回転角）は、π／２である。−１次のＯＡＭ伝搬モードの場合、回転角に次数ｎの値である−１を乗ずることにより、ＯＡＭ移相が算出される。つまり、アンテナ素子２−１における−１次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相Φ（−１，２，１）は、−π／２となる。同様に、アンテナ素子２−２における−１次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相Φ（−１，２，２）、アンテナ素子１−２における−１次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相Φ（−１，１，２）、およびアンテナ素子１−１における−１次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相Φ（−１，１，１）は、それぞれ、−π、−３π／２、および０となる。

つまり、図７Ｂに示すように、アレーアンテナ５００における−１次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相は、移相中心点を中心とし、アンテナ素子１−１から右周りに１周すると２π分位相が変化する。そして、アンテナ素子１−１から右周りに見た場合に、アンテナ素子毎にπ／２ずつ増加する。

次に、２次のＯＡＭ伝搬モード（ｎ＝２）の場合のＯＡＭ移相について説明する。前述の通り、移相基準方向ｘ（ｎ）と、移相中心点Ｏ（ｎ）およびアンテナ素子２−１の中心を結ぶ直線とのなす角（回転角）は、π／２である。２次のＯＡＭ伝搬モードの場合、回転角に次数ｎの値である２を乗ずることにより、ＯＡＭ移相が算出される。つまり、アンテナ素子２−１における２次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相Φ（２，２，１）は、πとなる。同様に、アンテナ素子２−２における２次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相Φ（２，２，２）、アンテナ素子１−２における２次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相Φ（２，１，２）、およびアンテナ素子１−１における２次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相Φ（２，１，１）は、それぞれ、２π、３π、および０となる。

なお、２πのＯＡＭ移相の重み付けを行うということは、重み付けを行なわない（つまり、ＯＡＭ移相が０）ということと同等である。また、３πのＯＡＭ移相の重み付けを行うということは、πのＯＡＭ移相の重み付けを行うということと同等である。そのため、図７Ｂでは、ＯＡＭ移相Φ（２，２，２）、およびＯＡＭ移相Φ（２，１，２）は、それぞれ、０、およびπとして示されている。

つまり、図７Ｂに示すように、アレーアンテナ５００における２次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相は、移相中心点を中心とし、アンテナ素子１−１から左周り（または右周り）に１周すると４π分移相が変化する。そして、アンテナ素子１−１から左周り（または右周り）に見た場合に、アンテナ素子毎にπずつ増加する。

次に、図７Ａ、図７Ｂに示したアレーアンテナ５００を有するＯＡＭ多重伝送システムについて説明する。図８は、本実施の形態におけるＯＡＭ多重伝送システムの一例を示す図である。なお、図８において、図１、図３、図４に示した構成と同様の構成については、同一の符番を付し、説明を省略する。

図８に示すＯＡＭ多重伝送送受信装置５０、およびＯＡＭ多重伝送送受信装置６０は、図１に示したＯＡＭ多重伝送送受信装置１０のアレーアンテナ１００を図７Ａ、図７Ｂに示したアレーアンテナ５００に置き換えた構成である。ＯＡＭ多重伝送送受信装置５０は、説明の便宜上、ＯＡＭ多重伝送送受信装置１０の送信部１２の構成のみを示している。また、ＯＡＭ多重伝送送受信装置６０は、説明の便宜上、ＯＡＭ多重伝送送受信装置１０の受信部１４の構成のみを示している。

ＯＡＭ多重伝送送受信装置５０の送信部１２は、アンテナ素子１−１、２−１、２−２、１−２の数に応じた重み付け部２２−１−１、２２−２−１、２２−２−２、２２−１−２を有する。

各重み付け部２２−１−１、２２−２−１、２２−２−２、２２−１−２が有するＯＡＭ移相重み付け部２７は、図７Ｂに示したＯＡＭ移相Φの重み付けを行う。

０次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相の重み付けを行うＯＡＭ移相重み付け部２７−１−１−１、２７−１−２−１、２７−１−２−２、２７−１−１−２は、それぞれ、図７Ｂに示した０次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相Φ（１，１，１）＝０、Φ（１，２，１）＝０、Φ（１，２，２）＝０、Φ（１，１，２）＝０の重み付けを行う（つまり、実際には、位相を変化させない）。

同様に、＋１次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相の重み付けを行うＯＡＭ移相重み付け部２７−２−１−１、２７−２−２−１、２７−２−２−２、２７−２−１−２は、それぞれ、図７Ｂに示した＋１次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相Φ（１，１，１）＝０、Φ（１，２，１）＝π／２、Φ（１，２，２）＝π、Φ（１，１，２）＝３π／２の重み付けを行う。

−１次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相の重み付けを行うＯＡＭ移相重み付け部２７−３−１−１、２７−３−２−１、２７−３−２−２、２７−３−１−２は、同様に、−１次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相Φ（−１，１，１）＝０、Φ（−１，２，１）＝−π／２、Φ（−１，２，２）＝−π、Φ（１，１，２）＝−３π／２の重み付けを行う。

２次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相の重み付けを行うＯＡＭ移相重み付け部２７−４−１−１、２７−４−２−１、２７−４−２−２、２７−４−１−２は、同様に、２次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相Φ（２，１，１）＝０、Φ（２，２，１）＝π、Φ（２，２，２）＝０、Φ（２，１，２）＝πの重み付けを行う。

ＯＡＭ多重伝送送受信装置６０の受信部１４は、アンテナ素子１−１、２−１、２−２、１−２の数に応じた重み付け部４３−１−１、４３−２−１、４３−２−２、４３−１−２を有する。

各重み付け部４３−１−１、４３−２−１、４３−２−２、４３−１−２が有するＯＡＭ移相重み付け部４５は、図７Ｂに示したＯＡＭ移相Φの正負を反転させて、重み付けを行う。

０次のＯＡＭ伝搬モードの場合、送信部１２におけると同様に、ＯＡＭ移相重み付け部４５−２−１−１、４５−２−２−１、４５−２−２−２、４５−２−１−２は、位相を変化させない。

＋１次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相の重み付けを行うＯＡＭ移相重み付け部４５−２−１−１、４５−２−２−１、４５−２−２−２、４５−２−１−２は、それぞれ、−Φ（１，１，１）＝０、−Φ（１，２，１）＝−π／２、−Φ（１，２，２）＝−π、−Φ（１，１，２）＝−３π／２の重み付けを行う。

−１次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相の重み付けを行うＯＡＭ移相重み付け部４５−３−１−１、４５−３−２−１、４５−３−２−２、４５−３−１−２は、同様に、−Φ（−１，１，１）＝０、−Φ（−１，２，１）＝π／２、−Φ（−１，２，２）＝π、−Φ（１，１，２）＝３π／２の重み付けを行う。

２次のＯＡＭ伝搬モードのＯＡＭ移相の重み付けを行うＯＡＭ移相重み付け部４５−４−１−１、４５−４−２−１、４５−４−２−２、４５−４−１−２は、同様に、−Φ（２，１，１）＝０、−Φ（２，２，１）＝−π、−Φ（２，２，２）＝０、−Φ（２，１，２）＝−πの重み付けを行う。

次に、ＯＡＭ多重伝送送受信装置１０におけるアレーアンテナ１００の素子間隔と送受信間距離との関係について説明する。図９は、異なるＯＡＭ伝搬モードにおけるアンテナ素子間隔と通過特性との関係を示す図である。

図９の横軸は、

を示し、縦軸は、dB単位で表示したＯＡＭ多重伝送送受信装置間の通過特性を示している。なお、ｄはアンテナ素子間隔、λは波長、Ｌは送受信間距離である。

図９に示すように、ＯＡＭ伝搬モードに応じて、Ｄに対する通過特性が異なる。そして、図９の場合、Ｄ＝１において、異なるＯＡＭ伝搬モードは、ほぼ同等の通過特性を示す。

つまり、図９の場合、ＯＡＭ多重伝送送受信装置１０は、送受信間距離Ｌ、波長λに対して、次式（３）によって算出されるアンテナ素子間隔ｄでアンテナ素子を配置したアレーアンテナを用いることにより、各ＯＡＭ伝搬モードの通過特性を揃えることができる。

また、ＯＡＭ多重伝送送受信装置１０は、アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子のうち、式（３）が成立するアンテナ素子間隔ｄのアンテナ素子を選択して、ＯＡＭ多重伝送を行うことができる。この構成により、送受信間距離Ｌが変化する場合であっても、各ＯＡＭ伝搬モードの通過特性を揃えることができる。

例えば、ＯＡＭ多重伝送送受信装置１０は、図２に示したアレーアンテナ１００の場合、送受信間距離Ｌの変化に応じて、アンテナ素子１−１、１−４、４−１、４−４の４素子の正方配置、アンテナ素子１−１、１−３、３−１、３−３の４素子の正方配置、または、アンテナ素子１−１、１−２、２−１、２−２の４素子の正方配置のいずれかを選択する。

以上説明した本実施の形態のＯＡＭ多重伝送送受信装置１０は、アンテナ素子が格子状に配置されたアレーアンテナ１００において、ＯＡＭ伝搬モードに応じた基準点から見た、基準点を通る基準軸に対する各アンテナ素子の角度に基づいたＯＡＭ移相の重み付け係数を乗じ、各ＯＡＭ伝搬モードに応じて重み付けされた信号を多重することによって、ＯＡＭ伝搬モードを有する無線信号を多重して送信する。この構成により、複数のＯＡＭ伝搬モードを有する無線信号によって複数の直交チャネルで信号の多重を行うことができ、高い通信容量を実現できる。

また、本実施の形態におけるＯＡＭ多重伝送送受信装置１０は、異なるＯＡＭ伝搬モードが互いに直交することによって実現される複数の直交チャネルを用いるため、見通し環境で多重散乱波が少なく、従来のＭＩＭＯ多重化通信が困難な状況であっても、多重化通信が可能である。そのため、見通し環境であっても、通信システム全体の通信容量の拡大を実現できる。

また、本実施の形態は、アンテナ素子が格子状に配置されたアレーアンテナ１００を用いる構成であるため、例えば、ｍａｓｓｉｖｅＭＩＭＯで用いる既存のＭＩＭＯ用フェーズドアレーのハードウェアを使用することができる。

なお、本実施の形態では、アンテナ素子が平面上に正方配置されたアレーアンテナについて説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、アレーアンテナの構成は、所定の方向から平面視した際の平面において、アンテナ素子が格子状に配置されている構成であってもよい。更に、円筒上にアンテナ素子が格子状に配置されている構成であってもよい。

なお、本実施の形態におけるＯＡＭ多重伝送送受信装置１０は、送受信間の位置ズレを補正する制御を行ってもよい。

具体的には、送信側のＯＡＭ多重伝送送受信装置１０の制御部１６は、試験信号を送信部１２へ出力し、アレーアンテナ１００を介して受信側のＯＡＭ多重伝送送受信装置１０へ送信する。そして、受信側のＯＡＭ多重伝送送受信装置１０の制御部１６は、アレーアンテナ１００、受信部１４を介して試験信号を受信する。そして、受信側の制御部１６は、受信した試験信号を特異値分解することにより、送受信間の位置ズレを推定する。受信側の制御部１６は、推定した位置ズレの量を示す情報を送信側にフィードバックする。そして、送信側、受信側の制御部１６は、位置ズレの量に基づいて、指向性を変更するように、それぞれの重み付け部の制御を行う。

（実施の形態の変形例）
次に、本実施の形態の変形例として、図２に示したアレーアンテナ１００を拡張し、ＯＡＭ伝搬モードの多重化数を増やす構成について説明する。

図１０は、アレーアンテナ２００の構成の一例を示す図である。図１０に示すアレーアンテナ２００は、図２に示したアレーアンテナ１００と、アレーアンテナ１００を４５度回転させた位置に配置されるアレーアンテナ１００’とを組み合わせた構成である。

図１等に示したＯＡＭ多重伝送送受信装置１０のアレーアンテナ１００をアレーアンテナ２００に置き換えることにより、０次、＋１次、−１次、２次のＯＡＭ伝搬モードに加え、更に、−２次、±３次、４次のＯＡＭ伝搬モードを多重することができる。

なお、上記実施の形態では、各アンテナ素子が平面に配置されるアレーアンテナ１００を有するＯＡＭ多重伝送送受信装置１０について説明したが、本開示はこれに限定されない。以下、アレーアンテナの配置についての応用例を説明する。

航空機などの移動体上にアレーアンテナを設置する場合、移動体の形状に合わせたアンテナ形状が好ましい。このような移動体の曲面形状に適合したアレーアンテナはコンフォーマルアレーアンテナと呼ばれる。

図１１は、ＯＡＭ多重伝送送受信装置１０をコンフォーマルアレーアンテナに適用した一例を示す図である。図１１に示すように、コンフォーマルアレーアンテナ３００では、上面から見てアンテナ素子１−１〜４−４が正方配置になるように、移動体の曲面に配置する。この構成により、平面上にアンテナ素子１−１〜４−４を配置した構成と同様の効果を有する。

次に、パラボラアンテナ、またはカセグレンアンテナにおける一次放射器として本実施の形態で説明した２×２の正方配置のアレーアンテナ５００を適用する例について説明する。

図１２は、ＯＡＭ多重伝送送受信装置１０をカセグレンアンテナに適用する送受信システムの例を示す図である。図１３は、本実施の形態におけるアレーアンテナ５００を一次放射器として適用したカセグレンアンテナ４００の一例を示す断面図である。

図１２、１３に示すカセグレンアンテナ４００は、主に、放物曲面を有する主反射器４０１、双曲面を有する副反射器４０２、およびアレーアンテナ５００を備える。

アレーアンテナ５００は、一次放射器として、副反射器４０２の方向に電波を放射する。放射された電波は、副反射器４０２において反射し、主反射器４０１の方向へ向かう。そして、副反射器４０２から主反射器４０１へ向かった電波は、主反射器４０１において再び反射することにより、主反射器４０１の放物曲面の軸方向と平行な方向に揃う。

図１４は、本実施の形態におけるアレーアンテナ５００を一次放射器として適用したパラボラアンテナの一例を示す断面図である。図１４に示すパラボラアンテナ６００は、放物曲面を有する反射器６０１と、放物曲面の焦点の位置にアレーアンテナ５００とを備える。

アレーアンテナ５００は、一次放射器として反射器６０１の方向に電波を放射する。放射された電波は、反射器６０１において反射することにより、放物曲面の軸方向と平行な方向に揃う。

本実施の形態におけるアレーアンテナ５００をカセグレンアンテナ４００またはパラボラアンテナ６００の一次放射器として適用する構成では、アレーアンテナ５００から放射されるＯＡＭ伝搬モードを有する電波の球面波状の広がりが、反射器によって収束するため、平面上に設けたアレーアンテナと比べて、伝送距離の長くすることができる。

また、この構成では、カセグレンアンテナ４００またはパラボラアンテナ６００が機械的に指向性を制御できるため、ＯＡＭ多重伝送送受信装置１０における電気的な指向性制御は行わなくてもよい。なお、反射器を用いた例を示したが、例えば電波レンズにより電波を収束する構成としてもよい。

また、一次放射器として２×２の正方配置のアレーアンテナ５００を適用する例を示したが、例えば円形アレーを用いたＯＡＭ伝搬モードの送受信でもよく、同様に伝送距離を長くすることができる。

次に、航空機などの飛翔体がコンフォーマルアレーアンテナを備え、カセグレンアンテナが地上から飛翔体を追尾する、飛翔体追尾システムについて説明する。

図１５は、飛翔体追尾システムの一例を示す図である。航空機Ａにはコンフォーマルアレーアンテナ７００が備えられている。そして、図１２、１３に示したカセグレンアンテナ４００が地上から航空機Ａを追尾する。

カセグレンアンテナ４００は、地平面に対する回転角の変更、および仰角の変更の指向性制御を機械的に行うことによって、航空機Ａを追尾する。具体的には、カセグレンアンテナ４００は、機械的な指向性制御を行いながら、コンフォーマルアレーアンテナ７００に対してＯＡＭ伝搬モードを有する信号の送受信を行い、航空機Ａの位置を把握する。

コンフォーマルアンテナ７００は、複数のＯＡＭ多重アンテナサブアレー７０１−１〜７０１−５を有する。コンフォーマルアレーアンテナ７００は、ＯＡＭ多重アンテナサブアレー７０１−１〜７０１−５を切替えながら、ＯＡＭ伝搬モードを有する信号の送受信を行い。具体的には、図１６を参照して説明する。

図１６は、コンフォーマルアレーアンテナ７００の構成の一例を示すブロック図である。ＯＡＭ多重アンテナサブアレー７０１−１〜７０１−５は、図１等で示したＯＡＭ多重伝送送受信装置１０のアレーアンテナ１００と同様である。ＯＡＭ多重アンテナサブアレー７０１−１〜７０１−５は、信号処理によって互いに異なる範囲の指向性制御を行う。サブアレー切替装置７０２は、カセグレンアンテナ４００から受信する制御情報等に基づいて、カセグレンアンテナ４００を追尾するために最も良いＯＡＭ多重アンテナサブアレー７０１−１〜７０１−５を選択して切替える。

図１５、図１６に示した構成において、地上側では、カセグレンアンテナが機械的な指向性制御を行い、一方で、航空機側では、信号処理による指向性制御とサブアレーの切替えとを組み合わせた指向性制御を行うことにより、航空機の追尾をより効果的に行うことができる。

また、上記の実施の形態では、本開示をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本開示はハードウェアとの連携においてソフトウェアでも実現することも可能である。

また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）又は、ＬＳＩ内部の回路セルの接続若しくは設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。

さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。

本開示は、信号の多重を行う無線通信装置に有用である。

１−１〜４−４ アンテナ素子
１０、１０−１、１０−２、５０、６０ ＯＡＭ多重伝送送受信装置
１１ デマルチプレクサ
１２ 送信部
１３ 共用器
１４ 受信部
１５ マルチプレクサ
１６ 制御部
２１ 変調器
２２、４３ 重み付け部
２３、４２ ミキサ
２４、４１ 増幅器
２５、４７ 複素振幅重み付け部
２６、４６ 指向性制御移相重み付け部
２７、４５ ＯＡＭ移相重み付け部
２８ 加算部
４４ 復調部
４８ 合成部
４９ 復調器
１００、１００’、２００、５００ アレーアンテナ
３００、７００ コンフォーマルアレーアンテナ
４００ カセグレンアンテナ
４０１ 主反射器
４０２ 副反射器
６００ パラボラアンテナ
６０１ 反射器
７０１ ＯＡＭ多重アンテナサブアレー
７０２ サブアレー切替装置

Claims (12)

1. Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のＯＡＭ（orbital angular momentum）伝搬モードに対応するＮ系統の信号を多重した多重化信号を送信する送信装置であって、
   平面視した際の平面に、格子状に配置されたＭ個（Ｍは２以上の整数）のアンテナ素子を有するアレーアンテナと、
   前記Ｎ系統の信号それぞれをＭ個に分岐した信号に対して、前記ＯＡＭ伝搬モードに応じた前記平面上の基準点から見た前記基準点を通る基準軸に対する前記Ｍ個のアンテナ素子それぞれの角度に基づいた移相角の重み付け係数を乗じ、前記移相角の重み付け係数を乗じた前記Ｎ系統の信号を多重して前記Ｍ個のアンテナ素子から送信する送信部と、
   を有する送信装置。
2. 前記送信部は、前記Ｍ個のアンテナ素子のそれぞれに接続するＭ個の重み付け部を有し、
   前記Ｍ個の重み付け部は、それぞれ、
   Ｎ個の移相重み付け部と、
   前記Ｎ個の移相重み付け部から出力される信号を合成する合成部と、
   を備え、
   第ｍ（ｍは１以上Ｍ以下の整数）の前記重み付け部が備える第ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）の前記移相重み付け部は、
   第ｎのＯＡＭ伝搬モードにおける第ｍのアンテナ素子の角度に前記第ｎのＯＡＭ伝搬モードの次数を乗じて決定される移相角の重み付け係数を第ｎ系統の信号に乗じ、
   前記第ｎのＯＡＭ伝搬モードにおける第ｍのアンテナ素子の角度は、前記平面の第ｎの基準点から前記平面上の第ｎの方向に延びる基準軸と、前記第ｎの基準点および前記第ｍのアンテナ素子の中心点を結ぶ直線とのなす角である、
   請求項１に記載の送信装置。
3. 前記Ｍ個の重み付け部は、それぞれ、
   対応する前記Ｎ系統の信号それぞれに対して、前記アレーアンテナの指向性を制御する複素振幅の重み付けを行うＮ個の複素振幅重み付け部と、
   対応する前記Ｎ系統の信号それぞれに対して、前記指向性を制御する移相の重み付けを行うＮ個の指向性制御移相重み付け部と、
   を有する、
   請求項２に記載の送信装置。
4. 前記アレーアンテナは、格子状に配置される第１のアンテナ部と、前記第１のアンテナ部を前記平面上で４５度回転させた第２のアンテナ部からなる、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の送信装置。
5. 前記Ｍ個のアンテナ素子の間隔は、前記送信装置の出力信号の波長、および前記送信装置と通信を行う受信装置との距離によって定められる、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の送信装置。
6. 前記送信装置は、
   前記送信装置が出力する信号の波長、および前記送信装置と通信を行う受信装置との距離に基づいて、前記Ｍ個のアンテナ素子の中から通信に用いるアンテナ素子を選択する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の送信装置。
7. 前記アンテナ素子が曲面に配置されたコンフォーマルアンテナを有し、
   前記コンフォーマルアンテナを平面視した場合、前記アンテナ素子は、格子状に配置される、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の送信装置。
8. パラボラアンテナを更に有し、
   前記アレーアンテナは、前記パラボラアンテナの一次放射器として設けられる、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の送信装置。
9. カセグレンアンテナを更に有し、
   前記アレーアンテナは、前記カセグレンアンテナの一次放射器として設けられる、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の送信装置。
10. Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のＯＡＭ（orbital angular momentum）伝搬モードに対応するＮ系統の信号を多重した多重化信号を受信する受信装置であって、
    平面視した際の平面に、格子状に配置されたＭ個（Ｍは２以上の整数）のアンテナ素子を有するアレーアンテナと、
    前記多重化信号に対して、前記ＯＡＭ伝搬モードに応じた前記平面上の基準点から見た前記基準点を通る基準軸に対する前記Ｍ個のアンテナ素子それぞれの角度に基づいた移相角の重み付け係数を乗じ、前記多重化信号をＮ系統の受信信号に分離する受信部と、
    を有する受信装置。
11. 平面視した際の平面に、格子状に配置されたＭ個（Ｍは２以上の整数）のアンテナ素子を有するアレーアンテナを用いて、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のＯＡＭ（orbital angular momentum）伝搬モードに対応するＮ系統の信号を多重した多重化信号を送信する送信方法であって、
    前記Ｎ系統の信号それぞれをＭ個に分岐した信号に対して、前記ＯＡＭ伝搬モードに応じた前記平面上の基準点から見た前記基準点を通る基準軸に対する前記Ｍ個のアンテナ素子それぞれの角度に基づいた移相角の重み付け係数を乗じ、前記移相角の重み付け係数を乗じた前記Ｎ系統の信号を多重し、
    前記Ｍ個のアンテナ素子から前記多重した信号を送信する、
    送信方法。
12. 平面視した際の平面に、格子状に配置されたＭ個（Ｍは２以上の整数）のアンテナ素子を有するアレーアンテナを用いて、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のＯＡＭ（orbital angular momentum）伝搬モードに対応するＮ系統の信号を多重した多重化信号を受信する受信方法であって、
    前記多重化信号を前記Ｍ個のアンテナ素子から受信し、
    前記受信した多重化信号に対して、前記ＯＡＭ伝搬モードに応じた前記平面上の基準点から見た前記基準点を通る基準軸に対する前記Ｍ個のアンテナ素子それぞれの角度に基づいた移相角の重み付け係数を乗じ、前記多重化信号をＮ系統の受信信号に分離する、
    受信方法。

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