JP4837636B2 - Mimoアンテナ装置及びそれを備えた無線通信装置 - Google Patents
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複数の無線信号をそれぞれ受信する複数の給電アンテナ素子と、
上記複数の給電アンテナ素子でそれぞれ受信された無線信号をMIMO(Multi−Input Multi−Output)方式で復調する復調手段とを備えたMIMOアンテナ装置において、
上記各給電アンテナ素子と電磁的に結合するように設けられた少なくとも1つの無給電素子と、
上記無給電素子に接続された少なくとも1つの可変負荷インピーダンス素子と、
上記各給電アンテナ素子でそれぞれ受信された各無線信号の各受信信号レベルを検出して比較し、最小の受信信号レベルを検出する比較手段と、
上記最小の受信信号レベルを有する無線信号の受信信号レベルが実質的に最大となるように、上記比較手段により検出された各受信信号レベルに基づいて上記可変負荷インピーダンス素子のインピーダンス値を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
上記比較手段はさらに、所定の第1のしきい値未満の受信信号レベルを検出し、
上記制御手段はさらに、上記検出された第1のしきい値未満の受信信号レベルを有する無線信号のうち、最小の受信信号レベルを有する無線信号の受信信号レベルが実質的に最大となるように、上記比較手段により検出された受信信号レベルに基づいて上記可変負荷インピーダンス素子のインピーダンス値を制御することを特徴とする。
上記比較手段はさらに、上記各無線信号の各受信信号レベルを所定の第1のしきい値と比較し、すべての無線信号の受信信号レベルが上記第1のしきい値以上であるとき、最大の受信信号レベルと最小の受信信号レベルとの信号レベル差を所定の第2のしきい値と比較し、
上記制御手段はさらに、上記信号レベル差が上記第2のしきい値以上であるとき、上記最小の受信信号レベルを有する無線信号の受信信号レベルが実質的に最大となるように、上記比較手段により検出された受信信号レベルに基づいて上記可変負荷インピーダンス素子のインピーダンス値を制御することを特徴とする。
上記比較手段はさらに、上記各無線信号の各受信信号レベルを所定の第1のしきい値と比較し、すべての無線信号の受信信号レベルが上記第1のしきい値未満であるとき、最大の受信信号レベルを検出し、
上記制御手段はさらに、すべての無線信号の受信信号レベルが上記第1のしきい値未満であるとき、
(i)上記送信側無線局装置と上記MIMO復調手段とによってそれぞれ使用される通信方式をMIMO方式からSISO(Single−Input Single−Output)方式に変更するように、上記無線送信手段に上記制御信号を送信させることにより上記送信側無線局装置を制御するとともに、上記MIMO復調手段を制御し、
(ii)上記最大の受信信号レベルを有する無線信号の受信信号レベルが実質的に最大となるように、上記比較手段により検出された受信信号レベルに基づいて上記可変負荷インピーダンス素子のインピーダンス値を制御することを特徴とする。
上記比較手段はさらに、上記各無線信号の各受信信号レベルを所定の第1のしきい値と比較し、すべての無線信号の受信信号レベルが上記第1のしきい値以上であるとき、最大の受信信号レベルと最小の受信信号レベルとの信号レベル差を所定の第2のしきい値と比較し、すべての無線信号の受信信号レベルが上記第1のしきい値未満であるとき、最大の受信信号レベルを検出し、
上記制御手段はさらに、
(a)少なくとも1つの無線信号の受信信号レベルが第1のしきい値未満であり、かつ少なくとも1つの無線信号の受信信号レベルが上記第1のしきい値以上であるとき、
上記検出された第1のしきい値未満の受信信号レベルを有する無線信号のうち、最小の受信信号レベルを有する無線信号の受信信号レベルが実質的に最大となるように、上記比較手段により検出された受信信号レベルに基づいて上記可変負荷インピーダンス素子のインピーダンス値を制御し、
(b)すべての無線信号の受信信号レベルが上記第1のしきい値以上であり、かつ最大の受信信号レベルと最小の受信信号レベルとの信号レベル差が上記第2のしきい値以上であるとき、
上記最小の受信信号レベルを有する無線信号の受信信号レベルが実質的に最大となるように、上記比較手段により検出された受信信号レベルに基づいて上記可変負荷インピーダンス素子のインピーダンス値を制御し、
(c)すべての無線信号の受信信号レベルが上記第1のしきい値未満であるとき、
(i)上記送信側無線局装置と上記MIMO復調手段とによってそれぞれ使用される通信方式をMIMO方式からSISO方式に変更するように、上記無線送信手段に上記制御信号を送信させることにより上記送信側無線局装置を制御するとともに、上記MIMO復調手段を制御し、
(ii)上記最大の受信信号レベルを有する無線信号の受信信号レベルが実質的に最大となるように、上記比較手段により検出された受信信号レベルに基づいて上記可変負荷インピーダンス素子のインピーダンス値を制御することを特徴とする。
上記制御手段は、上記送信側無線局装置と上記MIMO復調手段とによってそれぞれ使用される通信方式をMIMO方式からSISO方式に変更した場合、さらに、
(a)上記可変負荷インピーダンス素子のインピーダンス値を制御したことにより上記すべての無線信号の受信信号レベルが上記第1のしきい値以上になったとき、又は、
(b)所定の制御固定時間が経過したとき、
上記送信側無線局装置と上記MIMO復調手段とによってそれぞれ使用される通信方式をSISO方式からMIMO方式に変更するように、上記無線送信手段に上記制御信号を送信させることにより上記送信側無線局装置を制御するとともに、上記MIMO復調手段を制御することを特徴とする。
所定の無線信号を受信し又は送信する無線通信回路と、
上記可変負荷インピーダンス素子と上記無線通信回路とのいずれか一方を上記無給電素子に接続するスイッチ手段とをさらに備えたことを特徴とする。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るMIMOアンテナ装置の構成を示すブロック図である。以下、図1を参照しながら本実施形態のMIMOアンテナ装置について説明する。図1において、3つの給電アンテナ素子1a,1b,1cは、MIMO送信側基地局装置(図示せず。)から所定のMIMO変調方式を用いて送信された3つの異なる無線信号をそれぞれ受信するために設けられ、これらの給電アンテナ素子1a,1b,1cに近接して電磁的に結合されるように、1つの無給電素子7が設けられる。無給電素子7には、可変なインピーダンス値を有する可変負荷インピーダンス素子6が接続されている。給電アンテナ素子1a,1b,1cは、受信された各無線信号をアナログ/ディジタル(A/D)変換回路2に入力する。A/D変換回路2は、入力された各無線信号に対応して3つのA/D変換器を備え、これらのA/D変換器により各無線信号に対して別個にA/D変換処理を実行して、処理後の各信号(以下、受信信号という。)をMIMO復調回路3と信号レベル比較回路4とにそれぞれ出力する。MIMO復調回路3は、3つの受信信号に対してMIMO復調処理を実行して1つの復調信号を出力する。信号レベル比較回路4は、3つの受信信号の信号レベルを互いに比較し、比較結果の情報をコントローラ5に出力する。コントローラ5は、信号レベルの比較結果に基づいて、図7乃至図13を参照して後述されるMIMO適応制御処理を実行し、それによって可変負荷インピーダンス素子6のインピーダンス値を変化させる。
y=Hx+w (1)
UHU=In (3)
[数3]
VHV=In (4)
x1=(1,−1,1,1) (11)
[数5]
x2=(1,1,−1,1) (12)
R12=(1・1+(−1)・1+1・(−1)+1・1)/4=0 (13)
ΔPr(t0+n×Δt)
=Pr(t0+n×Δt)−Pr(t0+(n−1)×Δt) (20)
[数8]
Z(t0+2×Δt)=j×(X+ΔX+ΔX)=j×(X+2×ΔX)
(21)
になるように変化させ、信号レベル差がΔPr(t0+Δt)<0である場合には、インピーダンス値を、
[数9]
Z(t0+2×Δt)=j×(X−ΔX) (22)
になるように変化させる。
[数10]
Z(t0+3×Δt)=j×(X+3×ΔX) (23)
になるように変化させ、時刻t0+2×Δtにおけるインピーダンス値がZ(t0+2×Δt)=j×(X−ΔX)であるときは、インピーダンス値を、
[数11]
Z(t0+3×Δt)=j×(X−2×ΔX) (24)
になるように変化させる。逆に、信号レベル差ΔPr(t0+2×Δt)<0であれば、時刻t0+2×Δtのときのインピーダンス値の変化と逆符号でステップ量k×ΔXだけインピーダンス値を変化させる。ここで、パラメータkは、0<k<1であるとする。具体的には、時刻t0+2×Δtにおけるインピーダンス値がZ(t0+2×Δt)=j×(X+2×ΔX)であるときは、インピーダンス値を、
[数12]
Z(t0+3×Δt)
=j×(X+2×ΔX−k×ΔX)=j×(X+(2−k)×ΔX) (25)
になるように変化させ、時刻t0+2×Δtにおけるインピーダンス値がZ(t0+2×Δt)=j×(X−ΔX)であるときは、インピーダンス値を、
[数13]
Z(t0+3×Δt)=j×(X−ΔX+k×ΔX)=j×(X−(1−k)×ΔX)
(26)
になるように変化させる。
図15は、本発明の第2の実施形態に係るMIMOアンテナ装置の構成を示すブロック図である。本実施形態のMIMOアンテナ装置は、図1の可変負荷インピーダンス素子6に代えて無給電素子制御回路40を備えたことを特徴とし、この無給電素子制御回路40は、その内部に異なる目的に係る複数の回路及び/又は素子を備え、これらの回路及び/又は素子のうちのいずれか1つを無給電素子7に接続する。本実施形態において、無給電素子制御回路40は、図1と同様の可変負荷インピーダンス素子6と、無給電素子7を介して受信される無線信号を復調するための復調回路42と、可変負荷インピーダンス素子6と復調回路42とのうちの一方を無給電素子7に接続するスイッチ41とを備え、スイッチ41はコントローラ5の制御に従って動作する。無給電素子7が可変負荷インピーダンス素子6に接続されている場合には、コントローラ5は可変負荷インピーダンス素子6のインピーダンス値を制御し、それにより、無給電素子7は第1の実施形態の場合と同様に、給電アンテナ素子1a,1b,1cの指向性を制御するために使用される。一方、無給電素子7が復調回路42に接続されている場合には、無給電素子7は給電アンテナ素子1a,1b,1cとは別個の受信アンテナ素子として動作し、無給電素子7及び復調回路42は、MIMO復調回路3で復調される音声通信及び/又はデータ通信とは異なる通信を処理する。復調回路42は、例えばテレビジョン放送の復調回路であるが、それに代えて、他の無線信号の送信及び/又は受信を行うための他の無線通信回路を設けてもよい。スイッチ41の切り換えは、コントローラ5によってではなく、MIMOアンテナ装置のユーザにより手動で行われてもよい。
1aa,1ba…ストリップ導体、
1ab,1bb…ヒンジ部導体、
2…A/D変換回路、
3…MIMO復調回路、
4…信号レベル比較回路、
5…コントローラ、
6…可変負荷インピーダンス素子、
6a,6b…可変負荷インピーダンス回路、
7…無給電素子、
8…無線送信回路、
9…送信アンテナ素子、
11…可変容量ダイオード、
11a…高周波阻止用インダクタ、
12,41…スイッチ、
13a,13b,13c,13d…負荷インピーダンス素子、
21…アンテナ共用器、
31…上部筐体、
32…下部筐体、
33…ヒンジ部、
34…ブーム部、
35…スピーカ、
36…ディスプレイ、
37…キーボード、
38…マイクロホン、
39…無線通信回路、
40…無給電素子制御回路、
42…復調回路。
Claims (10)
- 複数の無線信号をそれぞれ受信する複数の給電アンテナ素子と、
上記複数の給電アンテナ素子でそれぞれ受信された無線信号をMIMO(Multi−Input Multi−Output)方式で復調する復調手段とを備えたMIMOアンテナ装置において、
上記各給電アンテナ素子と電磁的に結合するように設けられた少なくとも1つの無給電素子と、
上記無給電素子に接続された少なくとも1つの可変負荷インピーダンス素子と、
上記各給電アンテナ素子でそれぞれ受信された各無線信号の各受信信号レベルを検出して比較し、最小の受信信号レベルを検出する比較手段と、
上記最小の受信信号レベルを有する無線信号の受信信号レベルが実質的に最大となるように、上記比較手段により検出された各受信信号レベルに基づいて上記可変負荷インピーダンス素子のインピーダンス値を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするMIMOアンテナ装置。 - 上記比較手段はさらに、所定の第1のしきい値未満の受信信号レベルを検出し、
上記制御手段はさらに、上記検出された第1のしきい値未満の受信信号レベルを有する無線信号のうち、最小の受信信号レベルを有する無線信号の受信信号レベルが実質的に最大となるように、上記比較手段により検出された受信信号レベルに基づいて上記可変負荷インピーダンス素子のインピーダンス値を制御することを特徴とする請求項1記載のMIMOアンテナ装置。 - 上記比較手段はさらに、上記各無線信号の各受信信号レベルを所定の第1のしきい値と比較し、すべての無線信号の受信信号レベルが上記第1のしきい値以上であるとき、最大の受信信号レベルと最小の受信信号レベルとの信号レベル差を所定の第2のしきい値と比較し、
上記制御手段はさらに、上記信号レベル差が上記第2のしきい値以上であるとき、上記最小の受信信号レベルを有する無線信号の受信信号レベルが実質的に最大となるように、上記比較手段により検出された受信信号レベルに基づいて上記可変負荷インピーダンス素子のインピーダンス値を制御することを特徴とする請求項1記載のMIMOアンテナ装置。 - 上記MIMOアンテナ装置は、上記複数の無線信号を送信する送信側無線局装置によって使用される通信方式を制御する制御信号を上記送信側無線局装置に無線送信する無線送信手段をさらに備え、
上記比較手段はさらに、上記各無線信号の各受信信号レベルを所定の第1のしきい値と比較し、すべての無線信号の受信信号レベルが上記第1のしきい値未満であるとき、最大の受信信号レベルを検出し、
上記制御手段はさらに、すべての無線信号の受信信号レベルが上記第1のしきい値未満であるとき、
(i)上記送信側無線局装置と上記MIMO復調手段とによってそれぞれ使用される通信方式をMIMO方式からSISO(Single−Input Single−Output)方式に変更するように、上記無線送信手段に上記制御信号を送信させることにより上記送信側無線局装置を制御するとともに、上記MIMO復調手段を制御し、
(ii)上記最大の受信信号レベルを有する無線信号の受信信号レベルが実質的に最大となるように、上記比較手段により検出された受信信号レベルに基づいて上記可変負荷インピーダンス素子のインピーダンス値を制御することを特徴とする請求項1記載のMIMOアンテナ装置。 - 上記MIMOアンテナ装置は、上記複数の無線信号を送信する送信側無線局装置によって使用される通信方式を制御する制御信号を上記送信側無線局装置に無線送信する無線送信手段をさらに備え、
上記比較手段はさらに、上記各無線信号の各受信信号レベルを所定の第1のしきい値と比較し、すべての無線信号の受信信号レベルが上記第1のしきい値以上であるとき、最大の受信信号レベルと最小の受信信号レベルとの信号レベル差を所定の第2のしきい値と比較し、すべての無線信号の受信信号レベルが上記第1のしきい値未満であるとき、最大の受信信号レベルを検出し、
上記制御手段はさらに、
(a)少なくとも1つの無線信号の受信信号レベルが第1のしきい値未満であり、かつ少なくとも1つの無線信号の受信信号レベルが上記第1のしきい値以上であるとき、
上記検出された第1のしきい値未満の受信信号レベルを有する無線信号のうち、最小の受信信号レベルを有する無線信号の受信信号レベルが実質的に最大となるように、上記比較手段により検出された受信信号レベルに基づいて上記可変負荷インピーダンス素子のインピーダンス値を制御し、
(b)すべての無線信号の受信信号レベルが上記第1のしきい値以上であり、かつ最大の受信信号レベルと最小の受信信号レベルとの信号レベル差が上記第2のしきい値以上であるとき、
上記最小の受信信号レベルを有する無線信号の受信信号レベルが実質的に最大となるように、上記比較手段により検出された受信信号レベルに基づいて上記可変負荷インピーダンス素子のインピーダンス値を制御し、
(c)すべての無線信号の受信信号レベルが上記第1のしきい値未満であるとき、
(i)上記送信側無線局装置と上記MIMO復調手段とによってそれぞれ使用される通信方式をMIMO方式からSISO方式に変更するように、上記無線送信手段に上記制御信号を送信させることにより上記送信側無線局装置を制御するとともに、上記MIMO復調手段を制御し、
(ii)上記最大の受信信号レベルを有する無線信号の受信信号レベルが実質的に最大となるように、上記比較手段により検出された受信信号レベルに基づいて上記可変負荷インピーダンス素子のインピーダンス値を制御することを特徴とする請求項1記載のMIMOアンテナ装置。 - 上記制御手段は、上記送信側無線局装置と上記MIMO復調手段とによってそれぞれ使用される通信方式をMIMO方式からSISO方式に変更した場合、さらに、
(a)上記可変負荷インピーダンス素子のインピーダンス値を制御したことにより上記すべての無線信号の受信信号レベルが上記第1のしきい値以上になったとき、又は、
(b)所定の制御固定時間が経過したとき、
上記送信側無線局装置と上記MIMO復調手段とによってそれぞれ使用される通信方式をSISO方式からMIMO方式に変更するように、上記無線送信手段に上記制御信号を送信させることにより上記送信側無線局装置を制御するとともに、上記MIMO復調手段を制御することを特徴とする請求項4又は5記載のMIMOアンテナ装置。 - 上記可変負荷インピーダンス素子は、上記制御手段の制御に従って連続的に変化するインピーダンス値を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1つに記載のMIMOアンテナ装置。
- 上記可変負荷インピーダンス素子は、上記制御手段の制御に従って選択的に切り換えられる複数のインピーダンス値を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1つに記載のMIMOアンテナ装置。
- 所定の無線信号を受信し又は送信する無線通信回路と、
上記可変負荷インピーダンス素子と上記無線通信回路とのいずれか一方を上記無給電素子に接続するスイッチ手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項1乃至8のうちのいずれか1つに記載のMIMOアンテナ装置。 - 請求項1乃至9のうちのいずれか1つに記載のMIMOアンテナ装置を備えたことを特徴とする無線通信装置。
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