JP2008166855A

JP2008166855A - 携帯電話機

Info

Publication number: JP2008166855A
Application number: JP2005116871A
Authority: JP
Inventors: Kenji Takahashi; 健治高橋; Takashi Enoki; 貴志榎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-04-14
Filing date: 2005-04-14
Publication date: 2008-07-17
Also published as: WO2006112255A1

Abstract

【課題】高速通信が可能な携帯電話機を、無線特性の劣化を招くことなく、かつ、簡易な接続で提供する。
【解決手段】マルチアンテナ伝送時は、電池１２と、外付けアンテナ素子１と、信号をアップコンバートもしくはダウンコンバートする高周波回路部８を備えたアンテナ内蔵電池パック５を携帯電話機３に取り付ける。また、アンテナ内蔵電池パック５で送受信される信号はコネクタ７を介して携帯電話機３と接続される。コネクタ７を伝送する信号はベースバンド信号である。そして、ベースバンド信号処理部９はマルチアンテナ無線通信伝送モード用ディジタル変復調部１６にてＭＩＭＯ伝送に対応した時空間符号化、時空間復号化をおこなう。無線信号の送受信は、携帯電話機３にあらかじめ備えたアンテナ素子２および外付けアンテナ素子１を利用する。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線通信システムに用いる携帯電話機に関する。

近年、より高速なデータ通信を実現するため、ＭＩＭＯ（ＭｕｌｔｉＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉＯｕｔｐｕｔ）やＡＡＡ（ＡｄａｐｔｉｖｅＡｒｒａｙＡｎｔｅｎｎａ）に代表されるように複数のアンテナを利用したマルチアンテナ伝送方式が検討されている。ＭＩＭＯは、送受信の双方にアレーアンテナを用いて通信をおこなう伝送方式であり、空間分割多重や時空間符号化により高速通信が可能となる。また、ＡＡＡは、ビームフォーミング制御やヌルステアリング制御により干渉波を抑圧することにより高速通信が可能となる。いずれの伝送方式も、複数のアンテナ素子が必要となる（例えば、非特許文献１参照）。

しかし、複数のアンテナ素子を情報端末装置に搭載する際、アンテナ素子の実装スペースが限られるためアンテナ素子間の相互結合の問題が生じてしまう。そこで、アンテナ素子を情報端末装置の外部に取り付けるように構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図６に従来の外付けアンテナと携帯電話機の接続状態を示す斜視図を示す。外付けアンテナ１は、複数のアンテナを円盤状の台座の中央と周囲に直立してアレーアンテナを構成している。この外付けアンテナ１と携帯電話機３を同軸ケーブル２によって接続している。そして、外付けアンテナ１を可変指向性アンテナとして外付けアンテナ１の指向性を制御することにより、ビームフォーミング制御やヌルステアリング制御により通信品質を保っている。

また、携帯電話機において一般的に用いられるホイップアンテナや逆Ｆ形アンテナの他にも、アンテナ素子を携帯電話機の電池パックや充電器に備える構成も知られている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。

図７は従来の電池パック内蔵アンテナの斜視図である。電池パック８０４に不平衡給電アンテナ８０１とアンテナ地線８１１を備え、アンテナの放射電流をアンテナ地線８１１を介して電池パック８０４のグランドに流す構成となっている。この構成により、携帯電話機の筐体を手に持った場合のアンテナ放射利得を低減することができる。

図８は従来のアンテナ付き充電器の概要を示す構成図である。充電器９３０は、携帯電話機９０３を固定する携帯電話機固定部９１１および携帯電話機９０３の電池を充電するための電源コネクタ９１２に加えて、外部アンテナ９０１を接続するアンテナコネクタ９１５を備え、アンテナコネクタ９１５を介して外部アンテナ９０１を接続することによりアンテナ付き充電器となる。携帯電話機９０３は内蔵アンテナ素子９０２を外部アンテナ９０１に切り換えるスイッチ９２７を有している。外部アンテナ９０１は、建物の屋上または窓際に設置され、ケーブル９４２で接続したアンテナコネクタ９１５と結合する。結合通知部９１７は、携帯電話機９０３が充電器９３０に固定されて充電中の場合に、結合信号として結合検出部９２６に通知する。この通知により、スイッチ９２７が制御され、無線回路９２４との接続は内蔵アンテナ素子９０２から外部アンテナ９０１に切り換えられる。

この構成により、携帯電話機９０３が充電器９３０に固定された状態でも、動作させるアンテナを内蔵アンテナ素子９０２から外部アンテナ９０１に切り換えることにより、着実な無線通信が可能となる。
特開２００２−２８０９４２号公報（第６ページ、図１）特開２０００−１３１１９号公報（第２ページ、図３）特開２００１−１６８９８２号公報（第３ページ、図１）中嶋編「新世代ワイヤレス技術」丸善、２００４年３月２５日、第３章、第４章、Ｐ．７０−１８７

しかしながら、アンテナ素子を情報端末装置の外部に取り付けるよう構成した情報端末装置は、ＲＦ送受信回路と外付けアンテナとを同軸ケーブルを介して接続する構造となっており、同軸ケーブルの通過損失が大きいと、ＲＦ送信回路の歪み特性やＲＦ受信回路の雑音指数特性など、無線特性の劣化を招くという問題があった。

また、アンテナ素子を外付けする位置として、図８で示したように充電器に取り付ける構成や、図７で示したように電池パックに内蔵する構成が知られているが、いずれもシングルアンテナ伝送の場合についての発明であり、高速通信には適していない。

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、マルチアンテナ伝送時において、無線特性の劣化を招くことが無く、外付けアンテナを取り付け可能な携帯電話機を提供することを目的とするものである。

本発明の携帯電話機は、１本のアンテナのみ或いは多数のアンテナに対してダイバーシチを利用して、使用するシングルアンテナ伝送と２本以上のアンテナを使用する伝送マルチアンテナ伝送とを切り換える機能を備え、シングルアンテナ伝送時は、携帯電話機にあらかじめ備えられたアンテナ素子を利用して通信し、マルチアンテナ伝送時は、シングルアンテナ伝送時に利用するアンテナ素子に加え、外付けアンテナ素子を取り付ける構成をとる。そして、外付けアンテナ素子として、アンテナ内蔵電池パックに備えたアンテナ素子、もしくは、携帯電話機の充電器に備えたアンテナ素子を利用する。

この構成により、アンテナ内蔵電池パックを携帯電話機に取り付ける、もしくは、携帯電話機を充電器に固定するという簡易な接続により高速通信を利用することができる。

また、本発明の携帯電話機の電池パック、もしくは、充電器には、アンテナ素子と高周波回路が一緒に内蔵された構成を有し、携帯電話機と外付けアンテナ素子との信号伝送をベースバンド信号にしている。

この構成により、外付けアンテナ素子と高周波回路とを同軸ケーブルで接続する必要が無いため、無線特性の劣化を招くことが無い。

本発明の携帯電話機は、１本のアンテナのみ或いは多数のアンテナに対してダイバーシチを利用して、使用するシングルアンテナ伝送と２本以上のアンテナを使用するマルチアンテナ伝送とを切り換える機能を備え、シングルアンテナ伝送時は、携帯電話機にあらかじめ備えられたアンテナ素子を利用して通信し、マルチアンテナ伝送時は、シングルアンテナ伝送時に利用するアンテナ素子に加え、外付けアンテナ素子を携帯電話機に取り付けるという構成である。そして、外付けアンテナ素子として、アンテナ内蔵電池パック、もしくは、充電器に備えたアンテナ素子を利用するものであり、外付けアンテナ素子を取り付けるという簡易な接続で、かつ、携帯電話機のアンテナ素子の実装スペースを割くことなく高速通信を利用することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における携帯電話機の斜視図である。図１では、無線基地局６と携帯電話機３で低速通信と高速通信を行う状態を示している。すなわち、図１（ａ）に示すように、低速通信の場合には、無線基地局装置６と携帯電話機３との通信はシングルアンテナ伝送とする。携帯電話機３においては、あらかじめ備えたアンテナ素子２を利用して通信をおこなう。このときは通常の電池パック４を携帯電話機３に取り付ける。

一方、ＭＩＭＯを用いた高速通信の場合には、図１（ｂ）に示すように、無線基地局装置６と携帯電話機３との通信はマルチアンテナ伝送となる。携帯電話機３は、アンテナ内蔵電池パック５が接続されたことを検知し、携帯電話機３にあらかじめ備えたアンテナ素子２に加え、アンテナ内蔵電池パック５の一つもしくは複数のアンテナ素子１を利用して通信するモードに切り換えることによりマルチアンテナ伝送を実現する。

アンテナ素子１の形状は、平面状のアンテナが望ましい。また、アンテナ内蔵電池パック５に複数のアンテナ素子を内蔵する場合には、アンテナ素子間の結合による空間相関の増大を避けるために、アンテナ素子間の間隔を少なくとも半波長以上離して配置することが望ましい。これにより、ＭＩＭＯ伝送の品質を保つことができる。

なお、アンテナ素子１の形状は、平面状のアンテナが望ましいとしたが、アンテナ内蔵電池パック５に収納できれば何でも良く、例えば、線状のアンテナやスロットアンテナなどでも良い。この場合、アンテナ素子をアンテナ内蔵電池パック５から突出させることができるため、複数のアンテナ素子を離して配置しやすいという効果が得られる。

また、アンテナ内蔵電池パック５複数のアンテナ素子を内蔵する場合には、アンテナ素子間の間隔を少なくとも半波長以上離して配置することが望ましいとしたが、複数のアンテナ素子が誘導結合する程度にアンテナ素子間の間隔を狭めても良い。この場合、誘導結合により空間相関の増大を避けることが可能であり、かつ、複数のアンテナ素子を配置するスペースが確保しやすくなるという効果が得られる。

図２は、本発明の第１の実施の形態における携帯電話機のブロック図である。携帯電話機３は、アンテナ素子２と、信号をアップコンバートもしくはダウンコンバートする高周波回路（ＲＦ）部８と、ディジタル変復調をおこなうベースバンド（ＢＢ）信号処理部９と、携帯電話機３の動作を制御する制御部１０と、電源部１１と、電池１２と接続する電極１３を備えている。ベースバンド（ＢＢ）信号処理部９は、シングルアンテナ伝送モード用ディジタル変復調部１５とマルチアンテナ伝送モード用ディジタル変復調部１６とを備える。シングルアンテナ伝送モード用ディジタル変復調部１５は、符号化処理、変調処理、復調処理、復号処理などをおこなう。一方、マルチアンテナ伝送モード用ディジタル変復調部１６は、ＭＩＭＯ伝送するための時空間符号化、時空間復号化などの処理をおこなう。

図２（ａ）に示すように、シングルアンテナ伝送時は、電池１２のみを備えた通常の電池パック４を携帯電話機３に取り付ける。そして、ベースバンド（ＢＢ）信号処理部９は、その内部のシングルアンテナ伝送用モード用ディジタル変復調部１５で処理をおこない、携帯電話機３にあらかじめ備えたアンテナ素子２のみを利用して通信する。

一方、マルチアンテナを用いたＭＩＭＯ伝送時は、図２（ｂ）に示すように、電池１２と、外付けアンテナ素子１と、信号をアップコンバートもしくはダウンコンバートする高周波回路（ＲＦ）部８とを備えたアンテナ内蔵電池パック５を携帯電話機３に取り付ける。また、アンテナ内蔵電池パック５で送受信される信号はコネクタ７を介して携帯電話機３と接続される。コネクタ７を伝送する信号はベースバンド信号である。制御部１０は、アンテナ内蔵電池パック５が携帯電話機３に接続されたことを、コネクタ７およびベースバンド信号処理部９を介して検知する。そして、制御部１０はベースバンド（ＢＢ）信号処理部９に対して、マルチアンテナ伝送モードでディジタル変復調をおこなうように指令を出す。そして、携帯電話機３にあらかじめ備えたアンテナ素子２および外付けアンテナ素子１を利用して通信する。

ここでは、マルチアンテナ伝送モードとしてＭＩＭＯ伝送を例に挙げて詳細に説明を進める。マルチアンテナ伝送モード用ディジタル変復調部１６は、ＭＩＭＯ伝送をおこなうための処理をおこなう。まず、携帯電話機３はＭＩＭＯ伝送の準備が整ったという制御情報を基地局装置６に通知する。下りリンク通信の場合、基地局装置６は、その内部で時空間符号化処理をおこない、複数のアンテナ素子を用いてＭＩＭＯ送信する。携帯電話機３では、携帯電話機３にあらかじめ備えたアンテナ素子２および外付けアンテナ素子１によりＭＩＭＯ受信する。ＭＩＭＯ受信された信号は、マルチアンテナ伝送モード用ディジタル変復調部１６において時空間復号化することによりデータが復号できる。上りリンク通信の場合、マルチアンテナ伝送モード用ディジタル変復調部１６は時空間符号化処理をおこない、携帯電話機３にあらかじめ備えたアンテナ素子２および外付けアンテナ素子１を用いてＭＩＭＯ送信する。基地局装置６では、その内部で時空間復号化することによりデータが復号できる。そして、ベースバンド信号処理部９はマルチアンテナ通信モードでディジタル変復調をおこない、携帯電話機３にあらかじめ備えたアンテナ素子２および外付けアンテナ素子１を利用して通信する。

以上のような構成において、アンテナ内蔵電池パック５を携帯電話機３に取り付けるという簡易な接続のみで高速通信を利用することができる。また、アンテナ内蔵電池パック５に高周波回路（ＲＦ）部８を備えることにより、携帯電話機３とアンテナ内蔵電池パック５を同軸ケーブルで接続する必要が無いため、同軸ケーブルの通過損失による無線特性の劣化も抑圧することができる。

なお、本実施の形態では、アンテナ内蔵電池パック５に外付けアンテナ素子１と高周波回路（ＲＦ）部８を備えた構成としたが、携帯電話機３のベースバンド（ＢＢ）信号処理部９の機能の一部、例えば、直交変復調機能、Ａ／Ｄ変換機能、Ｄ／Ａ変換機能などをアンテナ内蔵電池パック５に備える構成としてもよい。この場合、携帯電話機３とアンテナ内蔵電池パック５とのインタフェースがディジタル信号となり、インタフェース仕様が簡単化できるという効果が得られる。

また、本実施の形態では、図１（ｂ）に示したように、アンテナ内蔵電池パック５は携帯電話機３にぴったり取り付けられる大きさとしたが、その他にも、図３に示すように、アンテナ内蔵電池パック５が自立できるような構造を有し、これを折り畳みタイプの携帯電話機３に取り付けてマルチアンテナ伝送をおこなう構成としてもよい。図３では、区別するためにアンテナ位置に斜線を印している。この場合、電池により多くの充電ができるため長時間通信が可能となり、また、外付けアンテナ素子１が手で覆われることがないため、アンテナ放射特性が改善できるという効果が得られる。

さらにまた、シングルアンテナ伝送時は、携帯電話機３にあらかじめ備えたアンテナ素子２と外付けアンテナ素子１とを電波環境に応じて動作させるアンテナ切換ダイバーシチを利用してもよい。この場合、シングルアンテナ伝送時においても、通信品質を改善できるという効果が得られる。そして、本実施の形態では、マルチアンテナ伝送モードの一例としてＭＩＭＯ伝送を挙げたが、ＡＡＡ伝送としてもよい。この場合、マルチアンテナ伝送モード用ディジタル変復調部１６ではビームフォーミングやヌルステアリング処理がおこなわれ、干渉波を抑圧するという効果が得られる。ただし、携帯電話機３にあらかじめ備えたアンテナ素子２と外付けアンテナ素子１とは、ＡＡＡによる指向性制御が可能となる程度（半波長程度）まで近接させる必要がある。

（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態にかかる携帯電話機について説明する。図４に、本発明の第２の実施の形態における携帯電話機の斜視図を示す。低速通信の場合にはシングルアンテナ伝送とし、第１の実施の形態に示した動作と同様であり、その詳細な説明は省略する。

図４に示すように、充電器２０には、複数の外付けアンテナ素子１を直立して設けている。無線基地局装置６と携帯電話機３との通信はＭＩＭＯ伝送とする。携帯電話機３を充電器２０に固定すると、携帯電話機３は充電器２０に接続されたことを検知し、携帯電話機３にあらかじめ備えたアンテナ素子２に加え、携帯電話機３の充電器２０に備えた外付けアンテナ素子１を利用してＭＩＭＯ伝送を実現する。そして、携帯電話機３で通信されるデータは、ケーブル３０を介してコンピュータ３１で利用される。外付けアンテナ素子１の形状と数量は、特に限定されるものではなく、充電器２０に取り付けられることができれば何でも良いが、ＭＩＭＯ伝送の品質を確保するために、アンテナ素子間の間隔は半波長以上離して配置することが望ましい。

図５は、本発明の第２の実施の形態における携帯電話機のブロック図である。図５に示すように、充電器２０は、外付けアンテナ素子１と、信号をアップコンバートもしくはダウンコンバートする高周波回路（ＲＦ）部８と、商用電源４０から供給される交流電圧を直流電圧に変換して電池１２を充電する充電制御回路２１を備えている。コネクタ７を伝送する信号はベースバンド信号である。制御部１０は、充電器２０が携帯電話機３に接続されたことを、コネクタ７およびベースバンド信号処理部９を介して検知する。そして、制御部１０はベースバンド（ＢＢ）信号処理部９に対して、マルチアンテナ伝送モード用ディジタル変復調部１６で変復調処理をおこなうように指令を出す。マルチアンテナ伝送モード用ディジタル変復調部１６はＭＩＭＯ伝送に対応したディジタル変復調をおこない、携帯電話機３にあらかじめ備えたアンテナ素子２および充電器２０に備えた外付けアンテナ素子１を利用して通信する。マルチアンテナ伝送モードとしてＭＩＭＯ伝送を具体例に挙げて説明しているが、ＭＩＭＯ伝送の動作は第１の実施の形態に示した内容と同様であり、その詳細な説明は省略する。

以上のような構成において、携帯電話機３を充電器２０に固定するという簡易な接続のみで高速通信を利用することができる。また、充電器２０に高周波回路（ＲＦ）部８を備えることにより、携帯電話機３と充電器２０を同軸ケーブルで接続する必要が無いため、同軸ケーブルの通過損失による無線特性の劣化も抑圧することができる。さらに、充電状態で通信がするため、電池切れを抑止するという効果が得られる。

なお、本実施の形態では、充電器２０に外付けアンテナ素子１と高周波回路（ＲＦ）部８を備えた構成としたが、携帯電話機３のベースバンド（ＢＢ）信号処理部９の機能の一部、例えば、直交変復調機能、Ａ/Ｄ変換機能、Ｄ/Ａ変換機能などを充電器２０に備える構成としてもよい。この場合、携帯電話機３とアンテナ内蔵電池パック５とのインタフェースがディジタル信号となり、インタフェース仕様が簡単化できるという効果が得られる。

また、シングルアンテナ伝送時は、携帯電話機３にあらかじめ備えたアンテナ素子２と外付けアンテナ素子１とを電波環境に応じて動作させるアンテナ切換ダイバーシチを利用してもよい。この場合、シングルアンテナ伝送時においても、通信品質を改善できるという効果が得られる。

さらにまた、本実施の形態では、マルチアンテナ無線通信伝送モードの一例としてＭＩＭＯ伝送を挙げたが、ＡＡＡ伝送としてもよい。この場合、第１の実施の形態に示した内容と同様の効果が得られるが、一般に、充電器２０はアンテナ内蔵電池パック５よりもアンテナ実装スペースが広いため、アンテナ素子数を多く配置することができる。アンテナ素子数を増やすことにより、指向性のヌル点も増やすことが可能となるため、干渉波を抑圧する性能が向上するという効果が得られる。

本発明の携帯電話機は、外付けアンテナ素子を利用してマルチアンテナ伝送を実現するものである。外付けアンテナ素子は、アンテナ内蔵電池パックのアンテナ素子、もしくは、充電器に備えたアンテナ素子を用いる構成であり、アンテナ内蔵電池パックを携帯電話機に取り付ける、もしくは、携帯電話機を充電器に固定するという簡易な接続で、かつ、携帯電話機のアンテナ素子の実装スペースを割くことなく高速通信が可能となり、無線通信装置などに有用である。

（ａ）本発明の第１の実施の形態における携帯電話機の斜視図（ｂ）本発明の第１の実施の形態における携帯電話機の斜視図（ａ）本発明の第１の実施の形態における携帯電話機のブロック図（ｂ）本発明の第１の実施の形態における携帯電話機のブロック図本発明の第１の実施の形態における折り畳みタイプ携帯電話機の斜視図本発明の第２の実施の形態における携帯電話機の斜視図本発明の第２の実施の形態における携帯電話機のブロック図従来の外付けアンテナと携帯電話機の斜視図従来の従来の電池パック内蔵アンテナの斜視図従来のアンテナ付き充電器の構成図

符号の説明

１外付けアンテナ素子
２アンテナ素子
３携帯電話機
４電池パック
５アンテナ内蔵電池パック
６無線基地局装置
７コネクタ
８高周波回路（ＲＦ）部
９ベースバンド（ＢＢ）信号処理部
１０制御部
１１電源部
１２電池
１５シングルアンテナ伝送モード用ディジタル変復調部
１６マルチアンテナ伝送モード用ディジタル変復調部
２０充電器
２１充電制御回路
３０ケーブル
３１コンピュータ
４０商用電源

Claims

１本のアンテナのみ或いは多数のアンテナに対してダイバーシチを利用して、使用するシングルアンテナ伝送と２本以上のアンテナを使用するマルチアンテナ伝送とを切り換える機能を備えた携帯電話機であって、シングルアンテナ伝送時に、前記携帯電話機にあらかじめ実装されたアンテナ素子を利用して通信し、マルチアンテナ伝送時に、シングルアンテナ伝送時に利用するアンテナ素子に加え、外付けアンテナ素子を利用することを特徴とする携帯電話機。
前記外付けアンテナ素子を前記携帯電話機の電池パックに備えたことを特徴とした請求項１に記載の携帯電話機。
前記外付けアンテナ素子を前記携帯電話機の充電器に備えたことを特徴とした請求項１に記載の携帯電話機。
前記電池パックに、前記アンテナ素子と、信号をアップコンバートもしくはダウンコンバートする高周波回路を備え、前記携帯電話機と前記電池パックとの信号伝送をベースバンド信号としたことを特徴とした請求項２に記載の携帯電話機。
前記充電器に、前記アンテナ素子と、信号をアップコンバートもしくはダウンコンバートする高周波回路を備え、前記携帯電話機と前記充電器との信号伝送をベースバンド信号としたことを特徴とした請求項３に記載の携帯電話機。