CN101499841A - Mimo天线装置及具备它的无线通信装置 - Google Patents

Abstract

MIMO天线装置的控制器(5)根据用信号电平检出电路(4)检出的信号电平，计算现在的传输容量，还根据检出的信号电平和耦合量存储器(6)存放的电磁性耦合量计算将现在与MIMO调制解调电路(3)连接的天线元件中的至少一个切换成不与MIMO调制解调电路(3)连接的不同的天线元件时的推定的传输容量，现在的传输容量小于推定的传输容量时，使上述不同的天线元件与MIMO调制解调电路(3)连接地控制开关元件(2)。在MIMO天线装置中，即使天线元件的发射特性劣化时，也能考虑天线元件之间的电磁性耦合，选择最佳的天线元件，从而可以实现高速MIMO通信。

Description

MIMO天线装置及具备它的无线通信装置

技术领域

[0001]

本发明涉及在使用手机等的移动体通信中，既能增大通信容量、实现高速通信，又能良好地保持通信品质地进行控制的无线通信装置的天线装置，特别涉及MIMO(Multi-Input Multi-Output)天线装置及具备它的无线通信装置。

背景技术

[0002]

作为选择性地切换多个天线元件而使用的天线装置(分集式天线diversity antenna)，专利文献1所述的天线装置及专利文献2所述的自适应阵列无线装置，已经广为人知。

[0003]

专利文献1所述的天线装置，具备收发电波的天线元件。所述天线元件，在规定部位具有第1给电部及第1接地部，在其它部位具有第2给电部及第2接地部，还具备切换单元，该切换单元在向所述天线元件给电时，将所述第1接地部接地，由所述第1给电部给电，或者将所述第2接地部接地，由所述第2给电部给电。特别是作为手机的天线部构成的天线装置，具备作为具有反F型天线的结构及功能的棒状零件的天线元件。棒状零件，其一端具有第1给电部及第1接地部，其另一端具有第2给电部及第2接地部。开关部(切换单元)将向棒状零件给电的给电部切换成2个给电部中的某一个。该天线装置，通过开关部切换2个给电部，从而作为具有互不相同的指向性特性的2个天线发挥作用。采用专利文献1的天线装置后，能够实现天线的小型化，同时还能够提供切换作为棒状零件的天线元件中的2个给电部，使辐射指向性变化，从而提高分集效果的分集式天线。

[0004]

进而，专利文献2所述的自适应阵列无线装置，是具有由3条以上的天线组构成的阵列天线的自适应阵列无线装置，具备天线选择单元(该天线选择单元按照天线选择信号，选择所述天线组中2条天线的组合)、2个信号接收单元(这些信号接收单元对用所述选择的天线的组合接收的信号，实施规定的无线信号处理)、天线选择控制单元(该天线选择控制单元抽出所需的信号控制所述变更)自适应阵列信号处理单元(该自适应阵列信号处理单元对用所述信号接收单元实施了规定的无线信号处理的信号，实施自适应阵列接收处理，抽出所需的信号)、天线选择控制单元(该天线选择控制单元控制所述天线选择信号，变更所述天线选择单元选择的2条天线的组合)、相关值推定单元(该相关值推定单元按照每个所述天线选择单元选择的2条天线的组合，推定、记录用所述信号接收单元实施了规定的无线信号处理的信号的相关值)、天线组合决定单元(该天线组合决定单元决定所述天线相关值成为最低的2条天线的组合，使所述天线选择单元选择)。这样，能够不增置信号接收单元地提高自适应阵列接收性能。就是说，采用专利文献2所示的结构后，能够通过切换控制天线，实现具备2个信号接收单元的自适应天线。因此，能够同时实现低耗电和小型形状。

[0005]

另一方面，还存在采用使用多个天线同时收发多个信道的无线信号的MIMO(Multi-Input Multi-Output)技术的MIMO天线装置。

[0006]

专利文献1：JP特开2004—40554号公报

专利文献2：JP特开2004—289407号公报

[0007]

作为MIMO天线装置，利用专利文献1及专利文献2的天线装置时，存在着以下的课题。

[0008]

在专利文献1所述的分集式天线中，示出为了尽量获得较大的接收功率，只检出接收信号的大小，选择接收功率较大的给电部的结构。可是，在MIMO天线装置中，即使接收的多个无线信号的接收功率较大但是接收功率之差也较大时，MIMO解调结果也劣化。进而，在MIMO天线装置中，天线之间的相关系数大，接近于1时，不能进行MIMO解调。就是说，只根据接收功率选择天线很难提高MIMO解调性能。

[0009]

另一方面，专利文献2所述的从多个天线中选择2个天线的自适应阵列无线装置，具有只按照天线之间的相关系数选择与解调电路连接的天线，从而提高干涉波抑制效果的结构。可是，在MIMO天线装置中，由于是将多个信号空间多路复用从而实现高速无线通信的技术，所以不仅天线之间的相关系数低，而且还需要较高的接收功率，以便获得较低的出错率。就是说，只根据相关系数选择天线很难提高MIMO解调性能。

发明内容

[0010]

本发明就是针对上述情况研制的，其目的在于提供即使是小型形状，也能够提高用多个天线分别接收的各无线信号的接收功率，接收功率之差也较小，而且还维持电磁性耦合较低的接收状态，从而可以进行传输容量及传输品质较高的MIMO通信的MIMO天线装置及具备它的无线通信装置。

[0011]

采用本发明的第1样态涉及的MIMO天线装置后，其特征在于：

在具备至少3个分别接收无线信号的天线元件、

用MIMO(Multi-Input Multi-Output)方式解调所述天线元件中的至少2个接收的无线信号的解调单元的MIMO天线装置中，

具备：检出单元(该检出单元检出用所述各天线元件分别接收的各无线信号的接收信号电平)，

开关单元(该开关单元使所述天线元件中的至少2个与所述解调单元连接)，

存放单元(该存放单元预先存放所述至少3个天线元件之间的电磁性耦合量)，

控制单元(该控制单元根据所述检出单元检出的接收信号电平和所述存放单元存放的电磁性耦合量，控制所述开关单元)；

所述控制单元，根据所述检出单元检出的接收信号电平，计算现在的传输容量，根据所述检出单元检出的接收信号电平和所述存放单元存放的电磁性耦合量，计算将现在与所述解调单元连接的天线元件中的至少1个切换成为不与所述解调单元连接的不同的天线元件时推定的传输容量，所述现在的传输容量小于所述推定的传输容量时，使所述不同的天线元件与所述解调单元连接地控制所述开关单元。

[0012]

在所述MIMO天线装置中，其特征在于：

所述至少3个天线元件，包含在初始状态中，不与所述解调单元连接的1个预备天线元件；

所述控制单元，计算将现在与所述解调单元连接的天线元件中的某一个切换成为所述预备天线元件时推定的传输容量，所述现在的传输容量小于所述推定的传输容量时，使所述不同的天线元件与所述解调单元连接地控制所述开关单元。根据所述预备天线元件与所述解调单元连接地控制所述开关单元。

[0013]

另外，在所述MIMO天线装置中，其特征在于：所述至少3个天线元件，包含互不相同的至少2种天线元件。

[0014]

进而，在所述MIMO天线装置中，其特征在于：所述至少3个天线元件，包含单极天线和缝隙天线。

[0015]

另外进而，在所述MIMO天线装置中，其特征在于：所述至少3个天线元件中，相距最远的2个天线元件分别是单极天线，另一个天线元件是缝隙天线。

[0016]

另外，在所述MIMO天线装置中，其特征在于：所述至少3个天线元件中，相距最远的2个天线元件分别是缝隙天线，另一个天线元件是单极天线。

[0017]

进而，所述MIMO天线装置，其特征在于：至少具备4个天线元件；

所述至少4个天线元件中，被相距最远的2个天线元件夹住的内侧的多个天线元件，包含互不相同的至少2种天线元件。

[0018]

另外进而，在所述MIMO天线装置中，其特征在于：所述内侧的多个天线元件，包含至单极天线和缝隙天线。

[0019]

另外，在所述MIMO天线装置中，其特征在于：所述控制单元控制所述开关单元，以便在所述MIMO天线装置接通电源时或开始MIMO通信时，使至少3个天线元件中相互距离较远的2个天线元件与所述解调单元连接。

[0020]

进而，在所述MIMO天线装置中，其特征在于：所述控制单元控制所述开关单元，以便在所述MIMO天线装置接通电源时或开始MIMO通信时，根据所述检出单元检出的接收信号电平和所述存放单元存放的电磁性耦合量，对于可能与所述解调单元连接的天线元件的所有的组合，分别计算推定的传输容量，选择实现最佳的传输容量的天线元件的组合后与所述解调单元连接。

[0021]

另外进而，在所述MIMO天线装置中，其特征在于：所述控制单元控制所述开关单元，以便记录在所述MIMO天线装置接通电源时选择的天线元件组合的历史信息，选择被选择的次数最多的天线元件的组合后与所述解调单元连接。

[0022]

另外，在所述MIMO天线装置中，其特征在于：所述控制单元控制所述开关单元，以便记录在所述MIMO天线装置开始MIMO通信时选择的天线元件组合的历史信息，选择被选择的次数最多的天线元件的组合后与所述解调单元连接。

[0023]

进而，在所述MIMO天线装置中，其特征在于：所述控制单元控制所述开关单元，以便按照应用记录在所述MIMO天线装置开始MIMO通信时选择的天线元件组合的历史信息，选择对于使用的应用而言被选择的次数最多的天线元件的组合后与所述解调单元连接。

[0024]

另外进而，在所述MIMO天线装置中，其特征在于：所述控制单元控制所述开关单元，以便在每个检出时钟脉冲时间计算所述现在的传输容量及所述推定的传输容量，所述现在的传输容量小于所述推定的传输容量时，使所述不同的天线元件与所述解调单元连接。

[0025]

另外，在所述MIMO天线装置中，其特征在于：所述检出时钟脉冲时间，是所述接收的无线信号的导频(pilot)信号。

[0026]

进而，在所述MIMO天线装置中，其特征在于：所述解调单元，是进而生成用MIMO方式调制的无线信号的调制解调单元；

所述控制单元控制所述开关单元，以便在发送无线信号时，使所述至少3个天线元件中接收无线信号时使用的天线元件与所述调制解调单元连接。

[0027]

另外，采用本发明的第2样态涉及的MIMO天线装置后，其特征在于：

在具备至少2个天线元件(这些天线元件分别具有多个给电点，分别接收无线信号)和

解调单元(该解调单元用MIMO(Multi-Input Multi-Output)方式解调所述至少2个天线元件分别接收的无线信号)的MIMO天线装置中，

具备：检出单元(该检出单元检出用所述各天线元件分别接收的各无线信号的接收信号电平)，

开关单元(该开关单元使所述各天线元件的所述多个给电点中的某一个分别与所述解调单元连接)，

存放单元(该存放单元按照可能与所述解调单元连接的所述给电点的组合，预先存放所述至少2个天线元件之间的电磁性耦合量)，

控制单元(该控制单元根据所述检出单元检出的接收信号电平和所述存放单元存放的电磁性耦合量，控制所述开关单元)；

所述控制单元，根据所述检出单元检出的接收信号电平，计算现在的传输容量，根据所述检出单元检出的接收信号电平和所述存放单元存放的电磁性耦合量，计算将现在与所述解调单元连接的天线元件的给电点中的至少1个切换成为相同的天线元件的其它给电点时的推定的传输容量，所述现在的传输容量小于所述推定的传输容量时，使所述其它给电点与所述解调单元连接地控制所述开关单元。

[0028]

进而，采用本发明后，能够提供以具备所述MIMO天线装置为特点的无线通信装置。

[0029]

如果简单地讲述采用本申请发明中代表性的装置后获得的效果，就可以概述如下。采用本申请发明后，可以提供即使是小型形状，也能够提高用多个天线分别接收的各无线信号的接收功率，接收功率之差也较小，而且还维持电磁性耦合较低的接收状态，从而可以进行传输容量及传输品质较高的MIMO通信的MIMO天线装置及具备它的无线通信装置。特别是在本申请发明中，在具备多个天线元件和调制解调电路的无线通信装置中，根据各天线元件接收的接收信号的信号电平，控制切换天线元件的开关单元。在这里，某个天线元件涉及的接收信号劣化时，使天线元件相互间的距离最短地选择天线元件。根据天线元件之间的电磁性耦合进行上述控制，考虑不等中央值(天线元件之间的接收功率差)的减少和电电磁性耦合，从而能够提高MIMO通信特性。

附图说明

[0114]

图1是表示本发明的实施方式涉及的MIMO天线装置的结构的一个例子的方框图。

图2是表示具备本发明的实施方式的安装例涉及的MIMO天线装置的便携式无线通信装置的结构的一个例子的透视图。

图3是表示用户手持图2的便携式无线通信装置时的情况的一个例子的透视图。

图4是表示螺旋形的天线的水平面内发射特性的一个例子的发射方向图。

图5是表示用户的手指接触图4的螺旋形的天线时的水平面内发射特性的一个例子的发射方向图。

图6是表示MIMO天线装置的传输容量的一个例子的曲线图。

图7是表示图1的控制器5执行的第1MIMO天线控制处理的一个例子的流程图。

图8是表示图1的控制器5执行的第1MIMO天线控制处理的一个例子的流程图。

图9是表示具备本发明的实施方式的第1变形例涉及的MIMO天线装置的便携式无线通信装置的结构的一个例子的透视图。

图10是表示具备本发明的实施方式的第2变形例涉及的MIMO天线装置的便携式无线通信装置的结构的一个例子的透视图。

图11是表示具备本发明的实施方式的第3变形例涉及的MIMO天线装置的便携式无线通信装置的结构的一个例子的透视图。

图12是表示具备本发明的实施方式的第4变形例涉及的MIMO天线装置的便携式无线通信装置的结构的一个例子的透视图。

具体实施方式

[0030]

下面，参照附图，详细讲述本发明涉及的实施方式。此外，旨在讲述本发明的实施方式的所有附图，对于具有相同功能的构成要素，赋予相同的符号，不再赘述。

[0031]

图1是表示本发明的实施方式涉及的MIMO天线装置的结构的一个例子的方框图。下面，参照图1，讲述本实施方式涉及的MIMO天线装置。在图1中，MIMO天线装置由4个天线元件1a、1b、1c、1d、开关电路2、MIMO调制解调电路3、信号电平检出电路4、控制器5、耦合量存储器(耦合量存储器)6构成。开关电路2，具备与天线元件1a、1b及MIMO调制解调电路3连接的开关2a和与天线元件1c、1d及MIMO调制解调电路3连接的开关2b。按照控制器5的控制，将天线元件1a、1b中的某一个和天线元件1c、1d中的某一个与MIMO调制解调电路3连接。信号电平检出电路4，与天线元件1a、1b、1c、1d连接，分别检出MIMO发送侧基站装置(未图示)使用规定的调制方式发送后到达各天线元件1a、1b、1c、1d的无线信号的信号功率的电平(以下称作“信号电平”)，将检出结果发送给控制器5。耦合量存储器6存放预先测定的各天线元件1a、1b、1c、1d的电磁性耦合量。控制器5根据信号电平检出电路4的检出结果和耦合量存储器6存放的各天线元件之间的电磁性耦合量，执行后文讲述的MIMO天线控制处理，控制开关电路2。MIMO调制解调电路3在接收信号时，对于用天线元件1a、1b、1c、1d中的2个接收的接收信号，执行MIMO解调处理，输出一个解调信号；另一方面，在发送信号时，对于输入的基带信号，执行MIMO调制处理，生成2个发送信号，生成的发送信号通过天线元件1a、1b、1c、1d中的2个发送。

[0032]

本实施方式涉及的MIMO天线装置，优选按照需要在MIMO调制解调电路3和开关电路2之间，具备从接收信号中分离规定的频率的信号的高频滤波器、旨在放大接收信号及发送信号的高频放大器、旨在变换频率的混频器等高频电路及中频电路、信号处理电路等。以上列举的构成要素，在本说明书及附图中为使说明简洁而省略。在本说明书附加的表示其它MIMO天线装置的结构的图中也同样。

[0033]

在这里，作为一个例子，讲述天线元件是4个、而且与MIMO调制解调电路3连接的天线元件为2个时的例子。但是也可以采用天线元件是3个或5个以上的结构，进而将3个以上的天线元件与MIMO调制解调电路3连接的结构。

[0034]

接着，参照图2，讲述作为便携式无线通信装置安装本实施方式涉及的MIMO天线装置的例子。图2是表示具备本发明的实施方式的安装例涉及的MIMO天线装置的便携式无线通信装置的结构的一个例子的透视图。本实施例的便携式无线通信装置，具备大致成为长方体形状的上部壳体11和下部壳体12，它们作为被绞链部13连接的折叠型的手机构成。在下部壳体12的内部，设置开关电路2、MIMO调制解调电路3、信号电平检出电路4、控制器5及耦合量存储器6。但是在图2及后续的图中，为了简单起见，只绘出它们中的开关电路2及MIMO调制解调电路3。进而，上部壳体11优选具备扬声器和显示屏，下部壳体12优选具备键盘和麦克风。但是，这些构成要素的图示被省略。在上部壳体11的内部，与便携式无线通信装置的长度方向一一平行地设置由带状导体构成的4个天线元件1a、1b、1c、1d，互相具有规定的间隔，从上部壳体11的左侧起，朝着右侧并列地配置。天线元件1a、1b、1c、1d，均为单极天线。天线元件1a、1b、1c、1d，与下部壳体12的内的开关电路2及信号电平检出电路4(在图2中未图示)连接。

[0035]

采用以上讲述的本实施方式涉及的MIMO天线装置后，控制器5根据信号电平检出电路4检出的信号电平，计算现在的传输容量，还根据信号电平检出电路4检出的信号电平和耦合量存储器6存放的电磁性耦合量，计算将现在与MIMO调制解调电路3连接的天线元件中的至少一个切换成为不与MIMO调制解调电路3连接的不同的天线元件时的推定的传输容量，现在的传输容量小于推定的传输容量时控制开关电路2，使上述不同的天线元件与MIMO调制解调电路3连接。这样，能够提供即使是小型形状，也能够提高用多个天线分别接收的各无线信号的接收功率，接收功率之差也较小，而且还维持电磁性耦合较低的接收状态，从而可以进行传输容量及传输品质较高的MIMO通信的MIMO天线装置。

[0036]

以下，讲述本实施方式涉及的MIMO天线装置的动作原理。此外，在本说明书中，使图像输入的数学式和文本输入的数学式混在一起后使用，为了识别各数学式，使用在这些数学式的最后部记述的一系列流水号，称作“公式(1)、公式(2)、……”等。

[0037]

MIMO通信系统，是在发送机和接收机中，分别使用多个天线元件，将在相同的频带内同时发送的多个信号系列空间性地多路复用，从而增大传输容量，增大MIMO解调后的多个信号系列涉及的合计传输速度的技术。在这里，作为一个例子，根据固有模式传输方式进行讲述。使发送机和接收机的天线元件的数量分别为n个后，接收信号y就可以用下列公式表示。

[0038]

[数学式1]

y＝Hx+w             (1)

[0039]

在这里，表示接收信号的y，是大小为n的矢量，其各要素表示用接收机的各天线接收的信号。H是大小为n×n的行列，称作“信道行列”，其各要素Hij表示发送机的第j个天线元件和接收机的第i个天线元件之间传输系数，即表示在这些天线元件之间收发的信号的相位旋转量及振幅衰减量。另外，表示发送信号的x，尺寸是n的矢量，其各要素xi表示由发送机的各天线发送的信号，表示互相正交的信号。w是尺寸为n的矢量，其各要素表示用接收机的各天线元件接收的热噪声。

[0040]

在接收机中，为了取得信道行列H，接收机预先存储规定的导频信号(pilot信号)x，发送机向接收机传输该已知的导频信号x，接收机根据预先存储的导频信号x和接收信号的y，使用公式(1)计算信道行列H。

[0041]

在这里，进行对于信道行列H而言的特异值分解(Singular ValueDecomposition：SVD)后，成为如下公式所示。

[0042]

[数学式1]

$H=\mathrm{U\Σ}{V}^H=\underset{i=1}{\overset{q}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_i{u}_i{v}_i^H---\left(2\right)$

[0043]

在公式(2)中，U、∑、V分别是尺寸为n×n的行列，∑是其第i行第j列的要素是σi(0≤σi≤q)而且其它的要素为0的行列。另外，ui和vi分别是行列U和V的第i个列矢量，分别与其它的列矢量正交。q是频带行列H的次序，在以下的讲述中，使q＝n。上标H表示复数共轭转置。在这里，对于尺寸为n×n的单位行列In而言，行列U和V满足下列公式。

[0044]

[数学式2]

U^H U＝I_n      (3)

[数学式3]

V^H V＝I_n      (4)

[0045]

进而，进行本征值分解(Eigenvalue Decomposition：EVD)后，就求出下列公式。

[0046]

[数学式2]

${\mathrm{H\; H}}^H=\mathrm{U\Σ}{V}^H{\left(\mathrm{U\Σ}{V}^H\right)}^H=\mathrm{U\Σ}{\mathrm{\Σ}}^H{U}^H=\underset{i=1}{\overset{q}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_i{u}_i{u_i}^H$

                                                                 (5)

[0047]

在公式(5)中，λi是频带行列之积HH^H的本征值，λ_i＝σ_i ²。

[0048]

矢量u i^H与成为行列U^H的要素的其它的行矢量互相正交，被用于发送机的各天线元件发送的信号的权重(振幅和相位)；矢量ui与成为行列U的要素的其它的列矢量互相正交，被用于接收机的各天线元件接收的信号的权重。这样地使用权重后，可以获得正交的指向性。

[0049]

在这里，根据公式(1)，接收信号功率成为Hx(Hx)^H＝HH^Hxx^H。行列xx^H表示发送信号功率。但是，因为向量x的各要素是互相正交的信号，所以行列xx^H成为对角行列diag[x₁x₁ ^*，x₂x₂ ^*，…，x_nx_n ^*]。另一方面，行列HH^H成为对角行列diag[λ₁，λ₂，…，λ_q]。就是说，在发送机和接收机的各天线元件中，使用正交的权重后，能够分离多个传输线路，这时的接收信号功率成为λ_ix₁x₁ ^*。信号x₁全部相等时，各传输线路中的接收信号功率成为本征值λi之比。

[0050]

在这里，将发送机的天线元件数是2个、接收机的天线元件数也是2个的MIMO通信系统作为一个例子，具体讲述导出接收信号功率的过程。这时，频带行列H和发送机的天线元件发送的发送信号矢量x，可以用以下的公式表示。

[0051]

[数学式3]

$H=\left[\begin{array}{cc}{H}_1& H_{12}\\ H_{21}& H_{22}\end{array}\right]---\left(6\right)$

[数学式4]

$x=\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\end{array}\right]---\left(7\right)$

[0052]

在这里，如果令w为接收机的天线元件接收的噪声矢量(对于发送信号矢量x而言的振幅比)，接收信号矢量y就可以用以下公式求出。

[0053]

[数学式5]

$y=H\·x+w$

$=\left[\begin{array}{cc}{H}_{11}& H_{12}\\ H_{21}& H_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{w}_1\\ w_2\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{c}{y}_1\\ y_2\end{array}\right]---\left(8\right)$

[0054]

接着，利用下列公式求出接收信号矢量共分散行列Ryy。

[0055]

[数学式6]

$R_{\mathrm{yy}}=y\·y^H$

$=\left[\begin{array}{c}{y}_1\\ y_2\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{cc}{y_1}^{*}& {y_2}^{*}\end{array}\right]---\left(9\right)$

[0056]

在上式中，矢量y^H用下式表示。

[0057]

[数学式7]

$y^H=\left[\begin{array}{cc}{y}_1^{*}& y_2^{*}\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{cc}{x}_1^{*}& x_2^{*}\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{H}_{11}^{*}& H_{21}^{*}\\ H_{12}^{*}& H_{22}^{*}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}{w}_1^{*}& w_2^{*}\end{array}\right]---\left(10\right)$

[0058]

通常，在MIMO通信系统中，由发送机的不同的天线元件发送的不同的信号互不相关。在这里，讲述发送信号互不相关的情况。假设发送信号系列是由“—1”和“1”的要素构成的一维信号系列。例如以下示出发送信号矢量x1、x2分别具有4个要素时的一个例子。

[0059]

[数学式4]

x₁＝(1，—1，1，1)         (11)

[数学式5]

x₂＝(1，1，—1，1)          (12)

[0060]

所谓“相关”，如果定义为用系列数除信号系列的每个要素之积的和，那么发送信号矢量x1和x2的相关值R₁₂就可以用下式表示。

[0061]

[数学式6]

R₁₂＝(1·1+(—1)·1+1·(—1)+1·1)/4＝0

                                        (13)

[0062]

就是说，相关值R₁₂成为0时成为无关。反之，相关值R₁₂成为1时，x₁＝x₂。另外，噪声矢量和发送信号矢量x无关，而且用不同的天线元件接收的噪声矢量也互不相关。

[0063]

至此，作为接收信号功率，可以如下列公式所示，计算公式(9)的共分散行列Ryy的期待值。

[0064]

[数学式8]

$R_{\mathrm{yy}}=\left[\begin{array}{c}{y}_1\\ y_2\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{y_1}^{*}& {y_2}^{*}\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{cc}{H}_{11}& H_{12}\\ H_{21}& H_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{x_1}^{*}& {x_2}^{*}\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{H_{11}}^{*}& {H_{21}}^{*}\\ {H_{12}}^{*}& {H_{22}}^{*}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{w}_1\\ w_2\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{w_1}^{*}& {w_2}^{*}\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{cc}{H}_{11}& H_{12}\\ H_{21}& H_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{H_{11}}^{*}& {H_{21}}^{*}\\ {H_{12}}^{*}& {H_{22}}^{*}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}{\left|w_1\right|}^2& w_1{w_2}^{*}\\ w_2{w_1}^{*}& {\left|w_2\right|}^2\end{array}\right]$

$=H\·H^H+\left[\begin{array}{cc}{\left|w_1\right|}^2& 0\\ 0& {\left|w_2\right|}^2\end{array}\right]$

$=H\·H^H+{\left|w\right|}^2\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]---\left(14\right)$

[0065]

在这里，根据对于发送信号矢量的假定，使用了下列公式。

[0066]

[数学式9]

$R_{\mathrm{xx}}=\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{x_1}^{*}& {x_2}^{*}\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{cc}{\left|x_1\right|}^2& x_1{x_2}^{*}\\ x_2{x_1}^{*}& {\left|x_2\right|}^2\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]---\left(15\right)$

[0067]

采用以上讲述的MIMO天线装置的动作原理后，可以用下列公式计算MIMO通信系统的传输容量。

[0068]

[数学式10]

$C_{\mathrm{MIMO}}={\log }_2|I_n+\frac{\mathrm{SNR}}{n}{\mathrm{HH}}^H|=\underset{i=1}{\overset{q}{\mathrm{\Σ}}}{\log }_2(1+\frac{\mathrm{SNR}}{n}{\mathrm{\λ}}_i)---\left(16\right)$

[0069]

式中：SNR是总发送信号功率与噪声之比，即SNR/n＝x_ix_i ^*。C_MIMO的单位是[比特/秒/Hz]。另一方面，在发送机中使用一个天线而且在接收机中使用一个天线进行通常的一对一通信(Single-Input Single-Output：SISO)时，传输容量用以下的公式获得。

[0070]

[数学式11]

C_SISO＝log₂(1+SNR·hh^*)      (17)

[0071]

在公式(17)中，h是传输系数，Csiso的单位是[比特/秒/Hz]。

[0072]

例如为了简化公式(16)和公式(17)的比较，使hh^*＝λ_i＝λ、SNR·λ/n》1。这时，可以用下列公式计算公式(16)的传输容量。

[0073]

[数学式7]

C_MIMO＝n·(log₂(SNR·λ)—log₂(n))        (18)

[0074]

另一方面，可以用下列公式计算公式(17)的传输容量。

[0075]

[数学式8]

C_SISO＝log₂(SNR·λ)          (19)

[0076]

例如n＝4、SNR·λ＝1024时，MIMO传输容量Cmimo＝4·(10—2)＝32[比特/秒/Hz]，SISO传输容量Csiso＝10[比特/秒/Hz]，可知与SISO传输容量相比，MIMO传输容量增加了。

[0077]

如上所述，在MIMO天线装置中，将互相正交的指向性分配给多个信号系列，空间性地将信号多重，增加传输容量，从而能够实现MIMO调制后的多个信号系列的合计的传输速度的高速化。

[0078]

由公式(16)可知：根据频带行列H计算的本征值λi越大，MIMO传输容量就越增加。由于本征值λi根据频带行列H的各要素求得，所以上述情况意味着频带行列H的各要素越大，就越能够实现高速传输。另外，如公式(1)所示，在接收的信号中包含噪声矢量w。由于在实际的接收机中不能够除去热噪声成分，所以它成为根据频带行列H计算本征值λi之际的误差要因。这样，尽量获得较大的接收信号功率就与MIMO天线装置中的传输速度的高速化息息相关。另外，在频带行列H中，除了传输损耗以外，还包含发送机的天线元件及接收机的天线元件的增益。因此可知：在相同的传输环境中，天线元件的增益较大者为优选。

[0079]

这样，MIMO天线装置必须利用多个天线元件，使分别接收的各接收信号同时处于良好的接收状态。可是，特别是在手机等使其靠近人体后使用的那种无线通信装置中，由于人体的影响等，在多个天线元件中若干个天线元件的指向性有可能劣化。因此，有可能不能实行MIMO天线装置本来可以进行的高速无线通信。

[0080]

下面，讲述减少用户手持便携式无线通信装置时产生的反射特性的显著劣化、提高MIMO通信特性的方法。

[0081]

首先，以多个天线元件作为发送天线阵列动作时为例，讲述天线元件之间的电磁性耦合。所谓“电磁性耦合”，按照发送天线阵列中的一个天线元件发送的电波中被发送天线阵列中的其它天线元件接收的比例定义。就是说，本来应该使输入发送天线阵列中的一个天线元件的功率，优选都成为被远方的接收天线接收的电波地发射。但是由于发射的电波的一部分可能被靠近发送天线阵列中的该天线元件的发送天线阵列内的其它天线元件接收，所以输入天线元件的功率并非100％地参与发射。就是说，如果使发射的电波的功率为Prad[W]、输入天线元件的功率为Pin[W]、电磁性耦合为Cem，那么就可以获得下式表示的关系。

[0082]

[数学式9]

P_rad＝(1—C_em)P_in          (20)

[0083]

就是说，(1—Cem)表示发射效率。这时，电磁性耦合Cem越大，功率Prad就越小，发射效率也越小。

[0084]

以上，根据来自天线的电波的发送，讲述了天线元件之间的电磁性耦合。但是，由于天线特性的可逆性(这相当于电气电路论中的相反定理，对业内人士来说，作为“天线的可逆定理”广为人知)，所以接收时也同样，如果加大电磁性耦合，天线的效率就下降，接收功率就变小。电磁性耦合与天线元件之间的距离息息相关，距离越大电磁性耦合就越小。

[0085]

接着，参照图2～图5，讲述用户手持本实施方式涉及的便携式无线通信装置时产生的反射特性的显著劣化。图2的便携式无线通信装置，具备天线元件1a、1b、1c、1d，外侧的天线元件1a、1d相距最远，天线元件1a、1d之间的电磁性耦合最小。反之，内侧的天线元件1b、1c相距最近，天线元件1b、1c之间的电磁性耦合最大。就是说，将电磁性耦合最小的天线元件1a、1d，作为应该与MIMO调制解调电路3连接的天线元件选择后，可以进行更高速的MIMO无线通信。在这里，分析用户手持图2的便携式无线通信装置时的情况。图3是表示用户手持图2的便携式无线通信装置时的情况的一个例子的透视图。假如如图3所示的那样，用右手保持便携式无线通信装置时，大拇指接近天线元件1d的可能性较大。由于手指非常靠近天线元件时，以及用手覆盖遮掩天线元件时，产生非常大的损耗，所以接收功率被大大降低。在图3的例子中，由于手指不靠近天线元件1a，所以天线元件1a几乎没有手握引起的损耗。而天线元件1d却出现很大的劣化。在图4及图5中，示出手指靠近例示的规定的螺旋形的天线时的发射方向图的变化。图4是表示螺旋形的天线的水平面内发射特性的一个例子的发射方向图，图5是表示用户的手指接触图4的螺旋形的天线时的水平面内发射特性的一个例子的发射方向图。由图4及图5能够确认：用户的手指接触天线时引起的发射效率的很大的劣化。在本实施方式涉及的MIMO天线装置中，劣化较大的天线元件1d被开关电路2切换成天线元件1c。天线元件1c与天线元件1d相比，因为设置在内部，所以手指的影响较小。另一方面，由于天线元件1c与天线元件1a的距离较小，所以与天线元件1a的电磁性耦合变大，发射效率有可能劣化。

[0086]

本实施方式涉及的MIMO天线装置，比较使用天线元件1a、1d接收信号，手指靠近天线元件1d后导致天线元件1d的接收信号劣化时天线元件1d的接收信号的劣化量(测定值)和使用天线元件1a、1c接收信号时的天线元件1a、1c之间的电磁性耦合量导致的劣化量(推定值)，根据比较结果，决定应该与MIMO调制解调电路3连接的天线元件。这样，能够实现更高速的MIMO无线通信。

[0087]

图6是表示MIMO天线装置的传输容量的一个例子的曲线图。在图6中，示出例示的2元件的MIMO天线装置对于信号电平差(即功率差)ΔP而言的MIMO传输容量的关系和对于隔离而言的MIMO传输容量的关系。在图6的模拟中使用的MIMO天线装置的2个天线元件，为对称结构，发射效率相等。这样，出现信号电平差就表明由于手指的存在，导致一个天线元件的功率下降。就是说，手指引起的功率下降越大，信号电平差就越大。另一方面，隔离度表示天线元件之间的电磁性耦合。隔离度是电磁性耦合量的倒数，电磁性耦合量越大隔离度就越小。由图6可知：信号电平差越大传输容量就越下降，隔离度越小传输容量就越下降。例如信号电平差成为3dB以上时，MIMO传输容量成为8.25bps/Hz以下。另一方面，如果隔离是6dB以上，MIMO传输容量就成为8.25bps/Hz以上。就是说，本实施方式涉及的MIMO天线装置，在天线元件1a、1c之间的隔离为6dB以上的情况下，使用天线元件1a、1d接收时，如果天线元件1d的接收信号由于手指的存在而劣化3dB以上，就将天线元件1d切换成天线元件1c，从而能够实现更加高速的MIMO通信。这样，在本实施方式涉及的MIMO天线装置中，不仅考虑各天线元件的接收功率，而且还考虑天线元件之间的电磁性耦合量，从而可以进行精度更高的控制。

[0088]

下面，讲述在本实施方式中使用的传输容量的计算方法。为了简单起见，假设天线元件1a、1b、1c、1d接收的各接收信号互不相关。这时，根据频带行列H计算的本征值，成为各天线元件1a、1b、1c、1d涉及的接收功率Pr_i(i＝1a、1b、1c、1d)。因此，可以用下列公式表示传输容量。

[0089]

[数学式12]

$C_{\mathrm{MIMO}}=\underset{i=1a,1b,1c,1d}{\mathrm{\Σ}}{\log }_2(1+\frac{{\mathrm{Pr}}_i}{\mathrm{Pn}})---\left(21\right)$

[0090]

式中：Pn在k为玻耳兹曼系数、B为频域宽度[Hz]、T为绝对温度[K]时，是用Pn＝kBT定义的噪声功率，噪声功率Pn是能够按照MIMO天线装置的安装预先计算的量。不与MIMO调制解调电路3连接的天线元件的接收功率Pri成为0。在以下例示性的讲述中，示出使用天线元件1a、1d接收时天线元件1d的接收功率较小的情况。这时，推定将天线元件1d切换成内侧的天线元件1c时的接收功率。使天线元件1a、1d的接收功率Pr1a、Pr1d的最大值为P_rmax。另外，使外侧的天线元件1a、1d之间的耦合量为Cem_ad，外侧的天线元件和内侧的天线元件1a、1c之间的耦合量为Cem_ac。这时，可以用下列公式，求出假定将使用的天线元件从1a、1d切换成1a、1c时的接收功率的推定值Pr_1a’及Pr_1c’。

[0091]

[数学式10]

Pr_1a’＝Pr_max(1—C_{em_ac}+C_{em_ad})      (22)

[数学式11]

Pr_1c’＝Pr_max(1—C_{em_ac}+C_{em_ad})       (23)

[0092]

在上式中，为了简化而将功率Pr_max作为接收功率的基准。这时，将现在的接收功率Pr1a及Pr1d代入公式(21)后，可以用以下的公式(24)表示现在的传输容量CMIMO_ad。另外，将接收功率的推定值Pr1a’及Pr1c’代入公式(21)后，可以用以下的公式(25)表示假定将使用的天线元件从1a、1d切换成1a、1c时的传输容量CMIMO_ad。

[0093]

[数学式13]

$C_{\mathrm{MIMO}\_\mathrm{ad}}={\log }_2(1+\frac{{\mathrm{Pr}}_{1a}}{\mathrm{Pn}})+{\log }_2(1+\frac{{\mathrm{Pr}}_{1d}}{\mathrm{Pn}})---\left(24\right)$

[数学式14]

$C_{\mathrm{MIMO}\_\mathrm{ac}}={\log }_2(1+\frac{{\mathrm{Pr}}_{1a}\′}{\mathrm{Pn}})+{\log }_2(1+\frac{{\mathrm{Pr}}_{1c}\′}{\mathrm{Pn}})---\left(25\right)$

[0094]

比较公式(24)及公式(25)的2个传输容量，选择传输容量较大者。

[0095]

此外，天线元件1a、1d的接收功率成为Pr_1a<Pr_1d时，推定假定将使用的天线元件从1a、1d切换成1a、1c时的接收功率及传输容量，进行同样的比较及选定。

[0096]

作为变形例，还可以不进行公式(24)及公式(25)的计算，根据对接收功率近似性地进行的比较(即对功率Pr_1a+Pr_1d和功率Pr_1a’+Pr_1c’进行的比较)，选择天线元件。

[0097]

下面，参照图7及图8，示出图1的控制器5执行的MIMO天线控制处理的一个例子。

[0098]

图7是表示图1的控制器5执行的第1MIMO天线控制处理的一个例子的流程图。首先，在步骤S1中，控制器5控制开关电路2，作为初始状态，使天线元件1a、1d与MIMO调制解调电路3连接；在步骤S2中，用信号电平检出电路4检出该接收信号的信号电平。接着，在步骤S3中，控制器5根据检出的各接收信号的信号电平，判断天线元件1d的接收功率Pr1d是否大于天线元件1a的接收功率Pr1a，YES时进入步骤S4，NO时进入步骤S8。在步骤S4中，控制器5从耦合量存储器6中读出天线元件1a、1d的耦合量Cem_ad和天线元件1b、1d的耦合量Cem_bd。接着，在步骤S5中，控制器5根据由检出的信号电平得出的接收功率值，使用公式(21)，计算现在的传输容量C_{MIMO_ad}，还根据由检出的信号电平和读出耦合量得出的接收功率的推定值，使用公式(21)，计算假定将使用的天线元件从1a、1d切换成1b、1d时的传输容量C_{MIMO_bd}(称作“推定的传输容量”)(参照公式(21)～公式(25))。接着，在步骤S6中，控制器5判断推定的传输容量C_{MIMO_bd}是否大于现在的传输容量C_{MIMO_ad}，YES时进入步骤S7，NO时进入步骤S12。在步骤S7中，控制器5控制开关电路2，取代天线元件1a，使天线元件1b与MIMO调制解调电路3连接，进入步骤S12。另一方面，在步骤S3中为NO时，在步骤S8中，控制器5从耦合量存储器6中读出天线元件1a、1d的耦合量Cem_ad和天线元件1a、1c的耦合量Cem_bd。接着，在步骤S9中，控制器5根据由检出的信号电平得出的接收功率值，使用公式(21)，计算现在的传输容量C_{MIMO_ad}，还根据由检出的信号电平和读出耦合量得出的接收功率的推定值，使用公式(21)，计算假定将使用的天线元件从1a、1d切换成1a、1c时的传输容量(即推定的传输容量)C_{MIMO_ac}(参照公式(21)～公式(25))。接着，在步骤S10中，控制器5判断推定的传输容量C_{MIMO_ac}是否大于现在的传输容量C_{MIMO_ad}，YES时进入步骤S11，NO时进入步骤S12。在步骤S11中，控制器5控制开关电路2，取代天线元件1d，使天线元件1c与MIMO调制解调电路3连接，进入步骤S12。在步骤S12中，控制器5直到判断经过了检出时钟脉冲时间为止，保持开关电路2的状态，经过了检出时钟脉冲时间时，返回步骤S1。此外，虽然在步骤S12中直到经过了检出时钟脉冲时间为止，保持开关电路2的状态，但是必须使检出时钟脉冲时间远远大于周围环境及使用者的移动速度引起的衰减的变化的速度。作为检出时钟脉冲时间，可以使用接收信号的导频信号的时钟脉冲时间(例如0.1毫秒)进而，作为检出时钟脉冲时间，例如优选使用1秒左右或者1秒以上的时间。

[0099]

图8是表示图1的控制器5执行的第2MIMO天线控制处理的一个例子的流程图。图8的处理，其特征在于：在图7的处理的基础上，还能够适应天线元件1a、1d两者都受到指头的影响而劣化的情况。图8的步骤S21～S23和图7的步骤S1～S3同样，在步骤S3中，YES时进入步骤S24，NO时进入步骤S28。在步骤S24中，控制器5从耦合量存储器6中读出天线元件1a、1d的耦合量Cem_ad和天线元件1b、1d的耦合量Cem_bd、天线元件1b、1c的耦合量Cem_bc。接着，在步骤S25中，控制器5根据由检出的信号电平得出的接收功率值，使用公式(21)，计算现在的传输容量C_{MIMO_ad}，还根据由检出的信号电平和读出耦合量Cem_ad及Cem_bd得出的接收功率的推定值，使用公式(21)，计算假定将使用的天线元件从1a、1d切换成1b、1d时的传输容量(即推定的传输容量)C_{MIMO_bd}，进而根据由检出的信号电平和读出耦合量Cem_ad及Cem_bd得出的接收功率的推定值，使用公式(21)，计算假定将使用的天线元件从1a、1d切换成1b、1c时的传输容量(即推定的传输容量)C_{MIMO_bc}(参照公式(21)～公式(25))。在步骤S26中，控制器5比较计算的传输容量，现在的传输容量C_{MIMO_ad}最大时进入步骤S33，推定的传输容量C_{MIMO_bd}最大时进入步骤S27，推定的传输容量C_{MIMO_bc}最大时进入步骤S32。在步骤S27中，控制器5控制开关电路2，取代天线元件1a，使天线元件1b与MIMO调制解调电路3连接，进入步骤S33。另一方面，在步骤S33中为NO时，在步骤S28中，控制器5从耦合量存储器6中读出天线元件1a、1d的耦合量Cem_ad和天线元件1a、1c的耦合量Cem_ac、天线元件1b、1c的耦合量Cem_b。接着，在步骤S29中，控制器5根据由检出的信号电平得出的接收功率值，使用公式(21)，计算现在的传输容量C_{MIMO_ad}，还根据由检出的信号电平和读出的耦合量Cem_ad及Cem_ac得出的接收功率的推定值，使用公式(21)，计算假定将使用的天线元件从1a、1d切换成1a、1c时的传输容量(即推定的传输容量)C_{MIMO_ac}，根据由检出的信号电平和读出的耦合量Cem_ad及Cem_bc得出的接收功率的推定值，使用公式(21)，计算假定将使用的天线元件从1a、1d切换成1b、1c时的传输容量(即推定的传输容量)C_{MIMO_bc}(参照公式(21)～公式(25))。在步骤S30中，控制器5比较计算的传输容量，现在的传输容量C_{MIMO_ad}最大时进入步骤S33，推定的传输容量C_{MIMO_bd}最大时进入步骤S31，推定的传输容量C_{MIMO_bc}最大时进入步骤S32。在步骤S31中，控制器5控制开关电路2，取代天线元件1a、1d，使天线元件1b、1c与MIMO调制解调电路3连接，进入步骤S33。在步骤S33中，控制器5直到判断经过了检出时钟脉冲时间为止，保持开关电路2的状态，经过了检出时钟脉冲时间时，返回步骤S31。如上所述，采用图8的处理后，读出天线元件1a、1d的电磁性耦合量(步骤S24及S28)，计算其推定的传输容量(步骤S25及S29)，和其它的传输容量进行比较(步骤S26及S30)，从而可以在天线元件1a、1d两者都受到指头的影响而劣化时也能够选择天线元件1b、1c的组地进行控制，实现尽可能的高速MIMO无线通信。

[0100]

另外，从削减计算量的观点上说，控制器5的MIMO传输容量的计算方法，例如以预先求出接收电平和传输容量的关系及电磁性耦合量和传输容量的关系，根据它进行计算的方法为最佳。这时，可以使用近似曲线计算传输容量，或者例如每个db地决定接收电平及电磁性耦合量的区间，预先计算每个db的传输容量，保存到耦合量存储器6中，调出这些传输容量决定。进而，还可以根据接收信号，使用公式(16)，直接计算取决于接收电平的传输容量。这时，虽然存在增加计算量的缺点，但却具有提高传输容量的计算精度的优点。

[0101]

下面，参照图9～图12，讲述具备本发明的实施方式的变形例涉及的MIMO天线装置的便携式无线通信装置。

[0102]

图9是表示具备本发明的实施方式的第1变形例涉及的MIMO天线装置的便携式无线通信装置的结构的一个例子的透视图。采用本实施方式涉及的MIMO天线装置后，可以采用至少在一个天线元件或每个天线元件中具备多个给电点，切换激励各天线元件的给电点，从而提高MIMO通信特性的结构。图9的便携式无线通信装置，采用取代图2的天线元件1a、1b，具备用宽度比它们大的带状导体构成的天线元件1Aa，取代天线元件1c、1d，具备用宽度比它们大的带状导体构成的天线元件1Ab的结构。天线元件1Aa，在该天线元件1Aa上，具备互相具有规定间隔地设置的给电点Fa、Fb；天线元件1Ab，在该天线元件1Ab上，具备互相具有规定间隔地设置的给电点Fc、Fd。开关电路2使给电点Fa、Fb中的某一个与MIMO调制解调电路3连接的同时，还使给电点Fc、Fd中的某一个与MIMO调制解调电路3连接。在本变形例中，耦合量存储器6按照可以与MIMO调制解调电路3连接的给电点的组合(即对于组合“Fa及Fd”、“Fa及Fc”、“Fb及Fd”、“Fb及Fc”的每一个)预先存放天线元件1Aa、1Ab之间的电磁性耦合量。另外，在本变形例中，控制器5控制开关电路2，以便根据信号电平检出电路4检出的信号电平，计算现在的传输容量，还根据信号电平检出电路4检出的信号电平和耦合量存储器6存放的电磁耦合量，计算将现在与MIMO调制解调电路3连接的天线元件的给电点中的至少一个切换成同一个天线元件的其它给电点时推定的传输容量，现在传输容量的小于推定的传输容量时，使上述其它给电点与MIMO调制解调电路3连接。象手机那样的小型的终端装置时，虽然对于可以搭载的天线元件的尺寸有所限制，但是采用本实施例的结构后，只具有有限的空间的终端装置，也能够采用本发明。

[0103]

图10是表示具备本发明的实施方式的第2变形例涉及的MIMO天线装置的便携式无线通信装置的结构的一个例子的透视图。另外。采用本实施方式涉及的MIMO天线装置后，可以采用在内侧的天线元件中具备多个给电点，切换它后提高MIMO通信特性的结构。图9的便携式无线通信装置，采用取代图2的天线元件1a、1b、1c、1d，具备与便携式无线通信装置的长度方向一一平行地互相具有规定的间隔，从上部壳体11的左侧起，朝着右侧并列地配置的分别由带状导体构成的3个天线元件1Ba、1Bb、1Bc；取代图2的开关电路2，具备开关电路2A的结构。天线元件1Ba、1Bb、1Bc均为电极天线。在本变形例中，内侧的天线元件1Bb，在开关电路2A的内部连接的作用下，作为具备2个给电点的天线元件发挥作用。详细地说，开关电路2A在使天线元件1Ba、1Bb中的某一个与MIMO调制解调电路3连接的同时，还使天线元件1Bb、1Bc中的某一个与MIMO调制解调电路3连接。天线元件1Bb在初始状态时不与MIMO调制解调电路3连接，而在天线元件1Bb、1Bc中的某一个的接收信号劣化时，被作为旨在取代劣化的接收信号涉及的天线元件而与MIMO调制解调电路3连接的预备天线元件利用。如手机那样的小型的终端装置时，虽然对于可以搭载的天线元件的尺寸有所限制，但是采用本实施例的结构后，只具有有限的空间的终端装置，也能够采用本发明。进而，在图10的变形例中，可以在接收信号劣化时，将天线元件切换成别的天线元件，和图9的变形例不同，即使天线元件完全被覆盖时，也能够提高MIMO通信特性地进行控制。

[0104]

在以上讲述的实施方式中，以使用多个相同的天线元件构成MIMO天线装置为例进行了讲述。但并不局限于此，还可以包含激励方法不同的至少2种天线元件。图11是表示具备本发明的实施方式的第3变形例涉及的MIMO天线装置的便携式无线通信装置的结构的一个例子的透视图。本变形例的便携式无线通信装置，具备和图10的天线元件1Ba、1Bc同样的天线元件1Ca、1Cc和在天线元件1Ca、1Cc之间设置的缝隙天线1Cb。换言之，本变形例的结构，其特征在于：取代图10的内侧的天线元件1Bb，具备缝隙天线。缝隙天线1Cb，例如在便携式无线通信装置内部的基板(未图示)形成缝隙图案，或者在用导体构成的上部壳体11上设置缝隙后构成，可以通过与缝隙天线1Cb上的规定的位置连接的给电线或带状线路(均未图示)作媒介给电。天线元件1Ca、1Cc优选对于形成缝隙图案的基板和上部壳体11而言，在通话时离开用户的一侧设置。采用本变形例后，在天线元件1Cc和缝隙天线1Cb之间，偏振波特性不同，因此与图9及图10相比，天线之间的电磁性耦合及相关性下降，天线之间的独立性得到提高。这样，接收信号劣化时，切换成偏振波特性不同的天线后，能够一边维持天线之间的较低相关性，一边提高MIMO通信特性。

[0105]

此外，在图11的变形例中，将外侧的天线元件(即相互距离较远的天线元件1Ca、1Cc)作为单极天线构成，将被它们夹住的内侧的天线元件作为缝隙天线1Cb构成。但是，也可以反之，将外侧的天线元件作为缝隙天线构成，将内侧的天线元件作为单极天线构成。

[0106]

图12是表示具备本发明的实施方式的第4变形例涉及的MIMO天线装置的便携式无线通信装置的结构的一个例子的透视图。本变形例的便携式无线通信装置，具备和图2的天线元件1a、1c、1d同样的天线元件1Da、1Dc、1Dd和在天线元件1Da、1Dc之间设置的缝隙天线1Db。就是说，本变形例的结构，其特征在于：取代图2的内侧的天线元件1b，具备缝隙天线，所以被外侧的天线元件(相互距离较远的天线元件)1Da、1Dd夹住的内侧的天线元件作为缝隙天线1Db、1Dc包含激励方法不同的至少2种天线元件(即单极天线及缝隙天线)。采用本变形例后，和图11的变形例同样，在天线元件1Da和缝隙天线1Db之间，偏振波特性不同，在天线元件1Dc和缝隙天线1Db之间，偏振波特性不同，因此与图2相比，天线之间的电磁性耦合及相关性下降，天线之间的独立性得到提高。这样，接收信号劣化时，切换成偏振波特性不同的天线后，能够一边维持天线之间的较低相关性，一边提高MIMO通信特性。进而，由于缝隙天线1Db采用和天线元件1c不同的激励方法，天线之间的电磁性耦合量变小，所以执行图8的处理时，天线元件1a、1d两者劣化，在步骤S32中选择天线元件1b、1c的组合时，也能够获得良好的MIMO通信特性。

[0107]

进而，本实施方式涉及的MIMO天线装置在接通电源时或开始通信时，选择相互距离较远的天线元件地进行控制，从而可以选择电磁性耦合量更小的天线。这样，作为初始状态，选择MIMO通信特性较好的组合的可能性大。

[0108]

进而，还可以采用在投入MIMO天线装置的电源时，检索天线元件，选择传输容量最佳的组合地进行控制的结构。这样，能够实现信号电平检出电路4取得所有的天线元件涉及的接收信号的信号电平，控制器5根据取得的信号电平和耦合量存储器6存放的电磁性耦合量，计算可能与MIMO调制解调电路3连接的所有的天线元件的组合涉及的推定的传输容量(参照公式(21)～公式(25))，将实现最高传输容量的天线元件的组合作为初始状态选择。因此，能够始终使初始状态的天线元件的组合最佳化。

[0109]

另外，还可以将MIMO天线装置在接通电源时或开始通信时选择的天线元件组合的历史信息记录到控制器5内的存储器(未图示)中，将选择次数最多的天线元件的组合作为初始状态选择地进行控制。这样，可以增加选择开始MIMO通信时的最佳的天线元件的组合的概率。

[0110]

进而，还可以按照应用状态在控制器5内的存储器中记录多个开始MIMO通信时的天线元件的组合，选择对于使用的应用而言被选次数最多的天线元件的组合地进行控制。例如便携式无线通信装置是手机时，通话时就被靠近人体的头部地保持，而在利用互联网及游戏机、电视机等多媒体之际，则被保持在人体的前方，所以手机的保持姿势随着应用的不同而不同。就是说，按照应用选择被选择的次数最多的天线元件的组合地进行控制后，具有增加选择最佳的天线元件的组合的概率的优点。

[0111]

另外，还可以在进行MIMO接收时决定应该选择的天线元件，在进行MIMO发送时重新选择接收时决定的天线元件。在初始状态下进行MIMO发送动作时，选择外侧的天线元件，在进行了MIMO接收动作后的最初的MIMO发送动作之际，选择和进行MIMO接收时相同的天线元件。这样，就具有在进行MIMO发送时也能够获得良好的特性的优点。

[0112]

此外，信号电平检出电路4还可以在基带信号中用模拟/数字变换电路构成，在RF还IF带的高频中利用高速模拟/数字变换电路或AGC(自动栅极控制)的控制电压RSSI。

[0113]

综上所述，采用本实施方式涉及的MIMO天线装置后，能够具备按照根据接收信号的信号电平和电磁性耦合量计算的传输容量，切换多个天线元件的结构，从而实现传输速度的高速化。进而能够提供即使是小型形状，也能够提高用多个天线分别接收的各无线信号的接收功率，接收功率之差也较小，而且还维持电磁性耦合较低的接收状态，从而可以进行传输容量及传输品质较高的MIMO通信的MIMO天线装置。

Claims (19)

1、一种MIMO天线装置，包括：

分别接收无线信号的至少3个天线元件；和

以MIMO方式对所述天线元件中的至少2个接收的无线信号进行解调的解调单元，其特征在于，

所述MIMO天线装置，具备：

检出单元，该检出单元检出由所述各天线元件分别接收的各无线信号的接收信号电平；

开关单元，该开关单元使所述天线元件中的至少2个与所述解调单元连接；

存放单元，该存放单元预先存放所述至少3个天线元件之间的电磁性耦合量；以及

控制单元，该控制单元根据所述检出单元检出的接收信号电平和所述存放单元中存放的电磁性耦合量，控制所述开关单元，

所述控制单元，根据所述检出单元检出的接收信号电平计算现在的传输容量，并根据所述检出单元检出的接收信号电平和所述存放单元中存放的电磁性耦合量计算推定的传输容量，该推定的传输容量是将现在与所述解调单元连接的天线元件中的至少1个切换成为没有与所述解调单元连接的不同的天线元件时所推定的传输容量，当所述现在的传输容量小于所述推定的传输容量时，控制所述开关单元使所述不同的天线元件与所述解调单元连接。

2、如权利要求1所述的MIMO天线装置，其特征在于：所述至少3个天线元件，包含在初始状态中不与所述解调单元连接的1个预备天线元件；

所述控制单元，计算将现在与所述解调单元连接的天线元件中的某一个切换成为所述预备天线元件时所推定的传输容量，当所述现在的传输容量小于所述推定的传输容量时，控制所述开关单元使所述预备天线元件与所述解调单元连接。

3、如权利要求1所述的MIMO天线装置，其特征在于：所述至少3个天线元件，包含互不相同的至少2种天线元件。

4、如权利要求3所述的MIMO天线装置，其特征在于：所述至少3个天线元件，包含单极天线和缝隙天线。

5、如权利要求3所述的MIMO天线装置，其特征在于：所述至少3个天线元件中，彼此相距最远的2个天线元件是单极天线，其它天线元件是缝隙天线。

6、如权利要求3所述的MIMO天线装置，其特征在于：所述至少3个天线元件中，彼此相距最远的2个天线元件是缝隙天线，其它天线元件是单极天线。

7、如权利要求3所述的MIMO天线装置，其特征在于：所述MIMO天线装置至少具备4个天线元件；

所述至少4个天线元件中，被彼此相距最远的2个天线元件夹住的内侧的多个天线元件，包含互不相同的至少2种天线元件。

8、如权利要求7所述的MIMO天线装置，其特征在于：所述内侧的多个天线元件，包含单极天线和缝隙天线。

9、如权利要求1所述的MIMO天线装置，其特征在于：所述控制单元在所述MIMO天线装置接通电源时或开始MIMO通信时，控制所述开关单元，以便使所述至少3个天线元件中彼此相距最远的2个天线元件与所述解调单元连接。

10、如权利要求1～9任一项所述的MIMO天线装置，其特征在于：所述控制单元在所述MIMO天线装置接通电源时或开始MIMO通信时，根据所述检出单元检出的接收信号电平和所述存放单元中存放的电磁性耦合量，针对能与所述解调单元连接的天线元件的所有的组合，分别计算推定的传输容量，并控制所述开关单元，以便选择实现最佳的传输容量的天线元件的组合与所述解调单元连接。

11、如权利要求10所述的MIMO天线装置，其特征在于：所述控制单元记录在所述MIMO天线装置接通电源时所选择的天线元件组合的历史信息，并控制所述开关单元，以便选择被选次数最多的天线元件组合与所述解调单元连接。

12、如权利要求10所述的MIMO天线装置，其特征在于：所述控制单元记录在所述MIMO天线装置开始MIMO通信时所选择的天线元件组合的历史信息，并控制所述开关单元，以便选择被选次数最多的天线元件的组合与所述解调单元连接。

13、如权利要求10所述的MIMO天线装置，其特征在于：所述控制单元根据每种应用对在所述MIMO天线装置开始MIMO通信时选择的天线元件组合的历史信息进行记录，并控制所述开关单元，以便选择针对使用的应用被选次数最多的天线元件的组合与所述解调单元连接。

14、如权利要求1所述的MIMO天线装置，其特征在于：所述控制单元在每个检出时钟时间计算所述现在的传输容量及所述推定的传输容量，当所述现在的传输容量小于所述推定的传输容量时，控制所述开关单元，以便使所述不同的天线元件与所述解调单元连接。

15、如权利要求14所述的MIMO天线装置，其特征在于：所述检出时钟时间，是所述接收的无线信号的导频信号。

16、如权利要求1所述的MIMO天线装置，其特征在于：所述解调单元，是进而生成以MIMO方式调制的无线信号的调制解调单元；

所述控制单元控制所述开关单元，以便在发送无线信号时，使所述至少3个天线元件中接收无线信号时所使用的天线元件与所述调制解调单元连接。

17、一种MIMO天线装置，具备：

至少2个天线元件，这些天线元件分别具有多个给电点，分别接收无线信号；和

解调单元，该解调单元以MIMO方式对所述至少2个天线元件分别接收的无线信号进行解调，其特征在于，

所述MIMO天线装置具备：

检出单元，该检出单元检出由所述各天线元件分别接收的各无线信号的接收信号电平；

开关单元，该开关单元使所述各天线元件中的所述多个给电点中的某一个分别与所述解调单元连接；

存放单元，该存放单元按照能与所述解调单元连接的所述给电点的每个组合，预先存放所述至少2个天线元件之间的电磁性耦合量；以及

控制单元，该控制单元根据所述检出单元检出的接收信号电平和所述存放单元中存放的电磁性耦合量，控制所述开关单元，

所述控制单元，根据所述检出单元检出的接收信号电平计算现在的传输容量，并根据所述检出单元检出的接收信号电平和所述存放单元中存放的电磁性耦合量计算推定的传输容量，该推定的传输容量是将现在与所述解调单元连接的天线元件的给电点中的至少1个切换成为相同的天线元件的其它给电点时所推定的传输容量，当所述现在的传输容量小于所述推定的传输容量时，控制所述开关单元使所述其它给电点与所述解调单元连接。

18、一种无线通信装置，该无线通信装置具有MIMO天线装置，该MIMO天线装置，具备：

分别接收无线信号的至少3个天线元件；和

以MIMO方式对所述天线元件中的至少2个接收的无线信号进行解调的解调单元，其特征在于，

所述MIMO天线装置，具备：

检出单元，该检出单元检出用所述各天线元件分别接收的各无线信号的接收信号电平；

开关单元，该开关单元使所述天线元件中的至少2个与所述解调单元连接；

存放单元，该存放单元预先存放所述至少3个天线元件之间的电磁性耦合量；以及

控制单元，该控制单元根据所述检出单元检出的接收信号电平和所述存放单元存放的电磁性耦合量，控制所述开关单元，

所述控制单元，根据所述检出单元检出的接收信号电平计算现在的传输容量，并根据所述检出单元检出的接收信号电平和所述存放单元中存放的电磁性耦合量计算推定的传输容量，该推定的传输容量是将现在与所述解调单元连接的天线元件中的至少1个切换成为没有与所述解调单元连接的不同的天线元件时所推定的传输容量，当所述现在的传输容量小于所述推定的传输容量时，控制所述开关单元使所述不同的天线元件与所述解调单元连接。

19、一种无线通信装置，该无线通信装置具有MIMO天线装置，该MIMO天线装置具备：

至少2个天线元件，这些天线元件分别具有多个给电点，分别接收无线信号；和

解调单元，该解调单元以MIMO方式对所述至少2个天线元件分别接收的无线信号进行解调，其特征在于，

所述MIMO天线装置，具备：

检出单元，该检出单元检出用所述各天线元件分别接收的各无线信号的接收信号电平；

开关单元，该开关单元使所述各天线元件中的所述多个给电点中的某一个分别与所述解调单元连接；

存放单元，该存放单元按照能与所述解调单元连接的所述给电点的每个组合，预先存放所述至少2个天线元件之间的电磁性耦合量；以及

控制单元，该控制单元根据所述检出单元检出的接收信号电平和所述存放单元中存放的电磁性耦合量，控制所述开关单元，

所述控制单元，根据所述检出单元检出的接收信号电平计算现在的传输容量，并根据所述检出单元检出的接收信号电平和所述存放单元中存放的电磁性耦合量计算推定的传输容量，该推定的传输容量是将现在与所述解调单元连接的天线元件的给电点中的至少1个切换成为相同的天线元件的其它给电点时所推定的传输容量，当所述现在的传输容量小于所述推定的传输容量时，控制所述开关单元使所述其它给电点与所述解调单元连接。

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