JP6284382B2 - 携帯端末装置 - Google Patents

Description

本開示は、複数のアンテナを備える携帯端末装置に関し、特に、通信に要する消費電力を低減するための技術に関する。

無指向性アンテナと指向性アンテナとを含み、複数のアンテナを備える携帯端末装置に関する技術として、例えば、特開２００８−４２６６９号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、複数のアンテナを備える無線機器装置であって、機器探索と、データ通信との両方の時間を短くし、それによって消費電力の節約と、周辺の無線通信機器への干渉を抑える技術が記載されている。具体的には、特許文献１には、無線機器装置において、周辺に存在する無線装置を探索するために無指向性アンテナを使用して通信し、通信する対象機器が検索された後、指向性アンテナに切り替えて通信することが記載されている。

特開２００８−４２６６９号公報 特開平１１−１２２１５２号公報

特許文献１に記載の無線機器装置は、指向性アンテナにて通信を行っている間に、電波状態が悪くなるなど通信状態によっては無線機器装置のアンテナを指向性アンテナから無指向性アンテナに切り替えて通信することが記載されている。

しかし、指向性アンテナから無指向性アンテナへの切り替えが完了する前に、無線機器装置による通信が圏外となり、通信に要する電力が増加することがある。

したがって、指向性アンテナと無指向性アンテナとを含み、複数のアンテナを備える携帯端末装置において、通信を安定させ、通信に要する電力を低減する技術が必要とされている。

一実施形態に従う携帯端末装置は、無指向性のアンテナおよび指向性のアンテナを含む複数のアンテナと、複数のアンテナの各々を使用状態または非使用状態に切り替え可能なアンテナ切替部と、携帯端末装置の動作を制御する制御部とを備える。制御部は、無指向性のアンテナおよび指向性のアンテナによりダイバーシティ通信を行うようアンテナ切替部を制御し、通信に使用しているアンテナの受信信号の受信レベルを測定し、測定される指向性のアンテナの受信レベルと第１の閾値とを比較する。制御部は、この比較の結果、指向性のアンテナの受信レベルが第１の閾値を上回る場合に、ダイバーシティ通信に使用している無指向性のアンテナおよび指向性のアンテナのうち無指向性のアンテナを非使用状態に切り替える。制御部は、比較の結果、指向性のアンテナの受信レベルが第１の閾値を上回らない場合に、無指向性のアンテナおよび指向性のアンテナによるダイバーシティ通信を行う。

上記一実施形態によると、無指向性アンテナと指向性アンテナとによるダイバーシティ受信を行うことで通信を安定化し、指向性アンテナによる通信が良好である場合に無指向性アンテナの使用を抑止することで、携帯端末装置の通信を安定させ、通信に要する電力を低減することができる。

この発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解されるこの発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。

実施の形態１による携帯端末装置１００の構成を概略的に示すブロック図である。 携帯端末装置１００のハードウェア構成を表した図である。 携帯端末装置１００が通信に使用するアンテナの切り替えを制御する処理を示すフローチャートである。 アンテナの受信レベルを測定する処理を示すフローチャートである。 ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）による受信レベルの測定と、ＲＳＣＰ（Received Signal Code Power）による受信レベルの測定とを示す図である。 実施の形態２による携帯端末装置２００の構成を概略的に示すブロック図である。 アンテナ切替テーブル３２と放射パターン切替テーブル３３とのデータ構造を示す図である。 放射パターン切替部４１の構成を模式的に示す図である。 アンテナＡＮＴによって生じる放射パターンを説明するための図である（スイッチ素子ＳＷ２がオンの場合）。 アンテナＡＮＴによって生じる放射パターンを説明するための図である（スイッチ素子ＳＷ３がオンの場合）。 放射パターン切替部４１の等価回路を示す図である（スイッチ素子ＳＷ２がオンの場合）。 放射パターン切替部４１の等価回路を示す図である（スイッチ素子ＳＷ３がオンの場合）。 図６の携帯端末装置２００に設けられた指向性アンテナＡＮＴ２と指向性アンテナＡＮＴ４の放射パターンの例を示す図である。 実施の形態２の携帯端末装置２００が通信に使用する指向性アンテナを切り替える処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

＜実施の形態１＞
＜機能的な構成＞
図１は、実施の形態１による携帯端末装置１００の構成を概略的に示すブロック図である。図１を参照して、携帯端末装置１００は、トランシーバ１１と、電力増幅器（ＰＡ：Power Amplifier）１２と、デュプレクサ１３と、アンテナ切替装置４０Ｍ，４０Ｓと、無指向性アンテナＡＮＴ１と、複数の指向性アンテナ（指向性アンテナＡＮＴ２−１〜指向性アンテナＡＮＴ２−Ｎ（Ｎ個の指向性アンテナ））と、無指向性アンテナＡＮＴ３と、複数の指向性アンテナ（指向性アンテナＡＮＴ４−１〜指向性アンテナＡＮＴ４−Ｎ（Ｎ個の指向性アンテナ））と、制御部３０と、メモリ３１とを含む。以下、複数の指向性アンテナ（指向性アンテナＡＮＴ２−１〜指向性アンテナＡＮＴ２−Ｎ（Ｎ個の指向性アンテナ））を総称して、指向性アンテナＡＮＴ２と記載することもある。また、複数の指向性アンテナ（指向性アンテナＡＮＴ４−１〜指向性アンテナＡＮＴ４−Ｎ（Ｎ個の指向性アンテナ））を総称して、指向性アンテナＡＮＴ４と記載することもある。

携帯端末装置１００は、複数のアンテナを含んでおり、これらのアンテナは、メインアンテナ（第１アンテナともいう）と、サブアンテナ（第２アンテナともいう）とに分類される。メインアンテナは、携帯端末装置１００による送信信号Ｔｘの送信と、受信信号Ｒｘの受信とにおいて使用される。サブアンテナは、携帯端末装置１００による送信信号Ｔｘの送信には使用されず、携帯端末装置１００による受信信号Ｒｘの受信に使用される。携帯端末装置１００は、メインアンテナに含まれるいずれかのアンテナと、サブアンテナに含まれるいずれかのアンテナとを用いて、ダイバーシティ受信を行うことができる。無指向性アンテナＡＮＴ１および指向性アンテナＡＮＴ２は、メインアンテナに分類され、無指向性アンテナＡＮＴ３および指向性アンテナＡＮＴ４は、サブアンテナに分類される。

アンテナ切替装置４０Ｍは、制御部３０の制御に従って、デュプレクサ１３のアンテナ側のノードと、メインアンテナに含まれる各アンテナの各給電点との間の接続を切り替えるスイッチ群を構成する。無指向性アンテナＡＮＴ１、指向性アンテナＡＮＴ２−１〜指向性アンテナＡＮＴ２−Ｎの各々は、デュプレクサ１３のアンテナ側のノードのいずれかに接続されることによって、通信に使用される。アンテナ切替装置４０Ｍは、指向性アンテナ切替部４２Ｍを含んでいる。指向性アンテナ切替部４２Ｍは、メインアンテナを構成する複数の指向性アンテナ（指向性アンテナＡＮＴ２−１〜指向性アンテナＡＮＴ２−Ｎ）のいずれかを、通信に使用するアンテナとして切り替える。携帯端末装置１００は、通信エリアを複数に分割し、その分割数と同数の指向性アンテナを配置する。指向性アンテナＡＮＴ２−１〜指向性アンテナＡＮＴ２−ＮのＮ個の指向性アンテナは、通信エリアの分割数に対応する。すなわち、携帯端末装置１００は、通信エリアをＮ個のエリアに分割し、各エリアをそれぞれカバーするように、メインアンテナにおいてＮ個の指向性アンテナを配置する。

アンテナ切替装置４０Ｓは、制御部３０の制御に従って、サブアンテナに含まれる各アンテナの各給電点と、トランシーバ１１との間の接続を切り替えるスイッチ群を構成する。無指向性アンテナＡＮＴ３、指向性アンテナＡＮＴ４−１〜指向性アンテナＡＮＴ４−Ｎの各々は、トランシーバ１１のアンテナ側のノードと接続されることによって、通信に使用される。アンテナ切替装置４０Ｓは、指向性アンテナ切替部４２Ｓを含んでいる。指向性アンテナ切替部４２Ｓは、サブアンテナを構成する複数の指向性アンテナ（指向性アンテナＡＮＴ４−１〜指向性アンテナＡＮＴ４−Ｎ）のいずれかを、通信に使用するアンテナとして切り替える。携帯端末装置１００は、通信エリアを複数に分割し、その分割数と同数の指向性アンテナを配置する。指向性アンテナＡＮＴ４−１〜指向性アンテナＡＮＴ４−ＮのＮ個の指向性アンテナは、通信エリアの分割数に対応する。すなわち、携帯端末装置１００は、通信エリアをＮ個のエリアに分割し、各エリアをそれぞれカバーするように、サブアンテナにおいてＮ個の指向性アンテナを配置する。

トランシーバ１１は、制御部３０から受けた送信ベースバンド信号を無線周波数帯の信号にアップコンバートする。トランシーバ１１によってアップコンバートされた信号が電力増幅器１２によって増幅されることによって送信信号Ｔｘが生成される。トランシーバ１１は、さらに、メインアンテナを介して受信した受信信号Ｒｘ（メインＲＸ）と、サブアンテナを介して受信した受信信号Ｒｘ（サブＲｘ）とをダウンコンバートすることによって受信ベースバンド信号を生成する。

デュプレクサ１３は、送信信号Ｔｘと受信信号Ｒｘ（メインＲｘ）とで１つのアンテナを共用するために用いられる部品である。デュプレクサ１３の各々には、送信信号Ｔｘを通過させ、受信信号Ｒｘ（メインＲｘ）を遮断するフィルタと、受信信号Ｒｘ（メインＲｘ）を通過させ、送信信号Ｔｘを遮断するフィルタとが設けられている。

なお、以下では、無指向性アンテナＡＮＴ１、指向性アンテナＡＮＴ２、無指向性アンテナＡＮＴ３、指向性アンテナＡＮＴ４について総称する場合または不特定のものを示す場合にはアンテナＡＮＴと記載する。

制御部３０は、携帯端末装置１００全体の動作を制御する中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）とモデムとを含む。モデムは、基地局と通信する際に用いられる信号形式に、デジタル信号を変調することによって送信ベースバンド信号を生成する。モデムは、さらに、トランシーバで生成された受信ベースバンド信号を復調する。

ＣＰＵは、通信に使用する通信方式／バンドで動作可能なようにトランシーバ１１の局所発振器の周波数などを設定する。さらに、ＣＰＵは、アンテナ切替装置４０Ｍ，４０Ｓを制御信号によって制御することによって、通信に使用する通信方式／バンドに応じて各アンテナを使用状態または非使用状態に設定する。

携帯端末装置１００は、設定された周波数帯域（バンド）で基地局と通信を行い、基地局から当該周波数帯域内で使用するチャネルを指定される。基地局から使用するチャネルを指定された後は、ＣＰＵは、そのチャネルを利用して通信を行うようにトランシーバ１１を制御する。

メモリ３１は、プログラム、送受信データ、アプリケーション用のデータ等を格納する。メモリ３１は、指向性アンテナ（指向性アンテナＡＮＴ２、指向性アンテナＡＮＴ４）のうち、いずれを通信に使用しているか（どのセクタに指向性アンテナを向けているか）を記憶する。

＜ハードウェア構成＞
図２は、携帯端末装置１００のハードウェア構成を表した図である。図２を参照して、携帯端末装置１００は、プログラムを実行するＣＰＵ１０１と、ＲＯＭ(Read Only Memory）１０２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３と、フラッシュメモリ１０４と、操作キー１０５と、スピーカ１０６と、カメラ１０７と、タッチスクリーン１０８と、加速度センサ１１１と、無線通信ＩＦ（Interface）１１２と、第１アンテナ（メインアンテナ）１２０と、第２アンテナ（サブアンテナ）１３０とを、少なくとも含んで構成されている。タッチスクリーン１０８は、ディスプレイ１０８１と、タッチパネル１０８２とを含む。各構成要素１０１〜１０８，１１１，１１２は、相互にデータバスによって接続されている。

第１アンテナ１２０は、無指向性アンテナＡＮＴ１および複数の指向性アンテナ（指向性アンテナＡＮＴ２−１〜２−Ｎ）を含む。第２アンテナ１３０は、無指向性アンテナＡＮＴ３および複数の指向性アンテナ（指向性アンテナＡＮＴ４−１〜４−Ｎ）を含む。第１アンテナ１２０を構成する各アンテナと、第２アンテナ１３０を構成する各アンテナとは、無線通信ＩＦ１１２と接続している。第１アンテナ１２０、第２アンテナ１３０および無線通信ＩＦ１１２は、たとえば、基地局を介した、他の移動体端末、固定電話、およびＰＣ（Personal Computer）との間における無線通信に用いられる。

ＲＯＭ１０２は、不揮発性の半導体メモリである。ＲＯＭ１０２は、携帯端末装置１００のブートプログラムが予め格納されている。フラッシュメモリ１０４は、不揮発性の半導体メモリである。フラッシュメモリ１０４は、一例としてＮＡＮＤ型で構成してもよい。フラッシュメモリ１０４は、携帯端末装置１００のオペレーティングシステム、携帯端末装置１００を制御するための各種のプログラム、並びに、携帯端末装置１００が生成したデータ、携帯端末装置１００の外部装置から取得したデータ等の各種データを不揮発的に格納する。

図１に示すアンテナ切替装置４０Ｍ、アンテナ切替装置４０Ｓ、デュプレクサ１３、パワーアンプ１２、およびトランシーバ１１は、例えば図２に示す無線通信ＩＦ１１２と対応する。図１に示す制御部３０は、例えば図２に示すＣＰＵ１０１と対応する。図１に示すメモリ３１は、例えば図２に示すＲＡＭ１０３およびフラッシュメモリ１０４と対応する。

携帯端末装置１００における処理は、各ハードウェアおよびＣＰＵ１０１により実行されるソフトウェアによって実現される。このようなソフトウェアは、フラッシュメモリ１０４に予め記憶されている場合がある。また、ソフトウェアは、図示しないメモリカードその他の記憶媒体に格納されて、プログラムプロダクトとして流通している場合もある。あるいは、ソフトウェアは、いわゆるインターネットに接続されている情報提供事業者によってダウンロード可能なプログラムプロダクトとして提供される場合もある。このようなソフトウェアは、第１アンテナ１２０、第２アンテナ１３０および無線通信ＩＦ１１２を介してダウンロードされた後、フラッシュメモリ１０４に一旦格納される。そのソフトウェアは、ＣＰＵ１０１によってフラッシュメモリ１０４から読み出され、さらにフラッシュメモリ１０４に実行可能なプログラムの形式で格納される。ＣＰＵ１０１は、そのプログラムを実行する。

本発明の本質的な部分は、フラッシュメモリ１０４その他の記憶媒体に格納されたソフトウェア、あるいはネットワークを介してダウンロード可能なソフトウェアであるともいえる。なお、記録媒体としては、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）-ＲＯＭ、ＣＤ（Compact Disc）−ＲＯＭ、ＦＤ（floppy disk）、ハードディスクに限られず、磁気テープ、カセットテープ、光ディスク、光カード、マスクＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）、フラッシュＲＯＭなどの半導体メモリ等の固定的にプログラムを担持する媒体でもよい。また、記録媒体は、当該プログラム等をコンピュータが読取可能な一時的でない媒体である。また、ここでいうプログラムとは、ＣＰＵにより直接実行可能なプログラムだけでなく、ソースプログラム形式のプログラム、圧縮処理されたプログラム、暗号化されたプログラム等を含む。

＜動作＞
図３から図５を参照して、実施の形態１の携帯端末装置１００の動作について説明する。

図３は、携帯端末装置１００が通信に使用するアンテナの切り替えを制御する処理を示すフローチャートである。

ステップＳ３０１において、ＣＰＵ１０１は、通信先となる機器から、通信終了の要求を受けたか否かを判断する。通信終了の要求を受けた場合（ステップＳ３０１においてＹＥＳ）、ＣＰＵ１０１は、アンテナを切り替える処理を終了し、そうでない場合（ステップＳ３０１においてＮＯ）は、ＣＰＵ１０１は、ステップＳ３０３の処理を行う。

ステップＳ３０３において、ＣＰＵ１０１は、通信に使用するアンテナの初期状態として、第１アンテナ（メインアンテナ）は無指向性のもの（無指向性アンテナＡＮＴ１）、第２アンテナ（サブアンテナ）は指向性のもの（指向性アンテナＡＮＴ４のいずれかのアンテナ）を設定する。

ステップＳ３０５において、ＣＰＵ１０１は、第２アンテナにより、通信先となる無線機器の方向を探索する。

ステップＳ３０７において、ＣＰＵ１０１は、第２アンテナに含まれる各アンテナ（指向性アンテナＡＮＴ４−１〜４−Ｎ）を順次切り替えて、セクタごとに受信信号（サブＲｘ）の受信レベルを測定する。ステップＳ３０７の受信レベルを測定する処理について、詳しくは図４を用いて後述する。

ステップＳ３０９において、ＣＰＵ１０１は、第２アンテナの各セクタの受信レベルの測定結果のうち、最大の受信レベルとなるセクタをセクタ記憶部３４に記憶させる。ＣＰＵ１０１は、第１アンテナ（無指向性アンテナＡＮＴ１）の受信レベルを取得し、第２アンテナの各セクタのうち最大の受信レベルのものと、第１アンテナの受信レベルとを比較する。比較の結果、ＣＰＵ１０１は、第２アンテナの最大の受信レベルが第１アンテナの受信レベルより大きい場合（ステップＳ３０９においてＹＥＳ）はステップＳ３１３の処理を行い、そうでない場合（ステップＳ３０９においてＮＯ）はステップＳ３１１の処理を行う。

ステップＳ３１１において、ＣＰＵ１０１は、第１アンテナを無指向性アンテナＡＮＴ１とし、セクタ記憶部３４を参照して第２アンテナを指向性アンテナＡＮＴ４のうち最大の受信レベルのセクタに対応するアンテナに切り替えて通信し、ステップＳ３０１の処理を行う。

ステップＳ３１３において、ＣＰＵ１０１は、セクタ記憶部３４を参照して第１アンテナを指向性アンテナＡＮＴ２のうち最大の受信レベルのセクタに対応するアンテナに切り替え、第２アンテナを無指向性アンテナＡＮＴ３に切り替えて通信する。

ステップＳ３１５において、ＣＰＵ１０１は、第１アンテナで使用しているアンテナ（指向性アンテナ）の受信レベルを測定する。

ステップＳ３１７において、ＣＰＵ１０１は、第１アンテナで使用しているアンテナ（指向性アンテナ）の受信レベルの測定結果と、第１の閾値とを比較する。第１の閾値は、例えばビットエラー率等が一定以下となるような、通信が安定する受信レベルとするが、これに限られない。ＣＰＵ１０１は、第１アンテナで使用しているアンテナ（指向性アンテナ）の受信レベルが第１の閾値より大きい場合（ステップＳ３１７においてＹＥＳ）、ステップＳ３２３の処理を行い、そうでない場合（ステップＳ３１７においてＮＯ）、ステップＳ３１８の処理を行う。

ステップＳ３１８において、ＣＰＵ１０１は、第２アンテナが未使用である場合、第２アンテナに無指向性ＡＮＴ３を使用し、第１アンテナと第２アンテナとを用いて通信する。

ステップＳ３１９において、ＣＰＵ１０１は、第１アンテナで使用しているアンテナ（指向性アンテナ）の受信レベルの測定結果と、第２の閾値とを比較する。第２の閾値は、第１の閾値よりも小さい値とする。例えば、第２の閾値は、ビットエラー率等が一定以上となるような、通信が不安定な受信レベルとするが、これに限られない。ＣＰＵ１０１は、第１アンテナで使用しているアンテナ（指向性アンテナ）の受信レベルが第２の閾値より大きい場合（ステップＳ３１９においてＹＥＳ）、ステップＳ３２５の処理を行い、そうでない場合（ステップＳ３１９においてＮＯ）、ステップＳ３２１の処理を行う。

ステップＳ３２１において、ＣＰＵ１０１は、第１アンテナで使用するアンテナを無指向性アンテナＡＮＴ１に切り替えて、ステップＳ３０１の処理を行う。すなわち、第１アンテナおよび第２アンテナを、ともに無指向性アンテナに切り替える。

ステップＳ３２３において、ＣＰＵ１０１は、第１アンテナと第２アンテナのうち、第２アンテナ（無指向性アンテナＡＮＴ３）を使用せず第１アンテナ（指向性アンテナＡＮＴ２）のみで通信するよう制御する。

ステップＳ３２５において、ＣＰＵ１０１は、通信終了の要求を受けたか否かを判断する。通信終了の要求を受けた場合（ステップＳ３２５においてＹＥＳ）、ＣＰＵ１０１は、アンテナを切り替える処理を終了し、そうでない場合（ステップＳ３２５においてＮＯ）は、ＣＰＵ１０１は、ステップＳ３１７の処理を行う。

実施の形態１の携帯端末装置１００は、無指向性アンテナと指向性アンテナとを用いてダイバーシティ通信を行う。そのため、携帯端末装置１００の移動等に伴って通信環境が変化したとしても、無線信号を受信する経路のいずれかが無指向性であるため、通信が安定し、通信性能が向上する。また、携帯端末装置１００は、指向性アンテナによる通信が良好である場合に（ステップＳ３１７においてＹＥＳ）、無指向性アンテナの使用を抑止する（ステップＳ３２３）ことで、携帯端末装置１００が通信に要する電力を抑えることが可能となる。

＜アンテナの受信レベルを測定する処理＞
図４は、アンテナの受信レベルを測定する処理を示すフローチャートである。図４に示す処理は、例えば、図３に示すフローチャートのステップＳ３０７およびステップＳ３１５の処理などで行われる。

ステップＳ４０１において、ＣＰＵ１０１は、携帯端末装置１００の動作状態が、動作電流が少ない状態、例えば間欠待受け中であるか否かを判断する。携帯端末装置１００の動作状態が間欠待受け中である場合（ステップＳ４０１においてＹＥＳ）、ＣＰＵ１０１は、ステップＳ４０３の処理を行い、そうでない場合（ステップＳ４０１においてＮＯ）、ＣＰＵ１０１は、ステップＳ４０７の処理を行う。

ステップＳ４０３において、ＣＰＵ１０１は、測定対象のアンテナにおける受信信号強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）を測定し、測定結果をメモリに保持する。

ステップＳ４０５において、ＣＰＵ１０１は、ＲＳＳＩの測定値が、所定の受信レベル以下であるか否かを判断する。この所定の受信レベルは、サーマルノイズがＲＳＳＩの測定結果に比較的大きな影響を及ぼす受信レベルに基づき設定する。ＲＳＳＩの測定値が、所定の受信レベル以下である場合（ステップＳ４０５においてＹＥＳ）、ＣＰＵ１０１は、ステップＳ４０７の処理を行い、そうでない場合（ステップＳ４０５においてＮＯ）、ＣＰＵ１０１は、ＲＳＳＩの測定値を、測定対象のアンテナの受信レベルとする。

ステップＳ４０７において、ＣＰＵ１０１は、測定対象のアンテナについてのＲＳＣＰ（Received Signal Code Power）を測定する（ステップＳ４０７）。

携帯端末装置１００がアンテナから受信する信号の受信レベルを測定する処理は、例えば、ＲＳＳＩの測定と、ＲＳＣＰの測定とがある。ここで、サーマルノイズがＲＳＳＩによる入力電力の測定に及ぼす影響を説明する。

図５は、ＲＳＳＩによる受信レベルの測定と、ＲＳＣＰによる受信レベルの測定とを示す図である。図５に示すように、ＲＳＣＰによる受信レベルの測定は、サーマルノイズの影響を受けにくいが、動作電流が比較的大きくなる。一方、ＲＳＳＩによる受信レベルの測定は、受信レベルが比較的小さい場合には、サーマルノイズによる影響を大きく受ける。

ＲＳＳＩによる入力電力の測定は、動作電流が比較的小さい。そのため、携帯端末装置１００は、動作電流の小さい動作状態、例えば間欠待受け中であれば、ＲＳＳＩを測定して動作電流を減少させる。携帯端末装置１００は、動作電流が大きくなる通信中であれば、ＲＳＣＰを測定し、ＲＳＣＰの測定結果に基づきアンテナ切替判定を行うことで、通信先の機器との接続率を向上させる。携帯端末装置１００は、受信レベルが比較的小さい場合には、サーマルノイズの影響が小さくなるＲＳＣＰによる受信レベルの測定を行う。

このように、携帯端末装置１００は、自装置の動作状態（待受け中であるか等）に応じて、ＲＳＣＰの測定と、ＲＳＳＩの測定とを切り替える。これにより、携帯端末装置１００が通信に要する電力を低減することができる。

＜実施の形態２＞
図６から図１５を参照して、実施の形態２の携帯端末装置２００について説明する。実施の形態２の携帯端末装置２００は、指向性アンテナにおいて、アンテナの放射パターンを制御することで、１本の指向性アンテナで対応できるセクタを広くする。そのため、指向性アンテナの本数を減らすことが可能となる。

＜構成＞
図６は、実施の形態２による携帯端末装置２００の構成を概略的に示すブロック図である。図６を参照して、携帯端末装置２００は、放射パターン切替部４１Ｍおよび放射パターン切替部４１Ｓを含む。指向性アンテナ切替部４２Ｍは、制御部３０の制御に従って、指向性アンテナＡＮＴ２の各アンテナの放射パターンを切り替える。指向性アンテナ切替部４２Ｓは、制御部３０の制御に従って、指向性アンテナＡＮＴ４の各アンテナの放射パターンを切り替える。

携帯端末装置２００のメモリ３１は、アンテナ切替テーブル３２および放射パターン切替テーブル３３を記憶する。アンテナ切替テーブル３２は、第１アンテナと第２アンテナのそれぞれについて、通信に使用するアンテナを設定するための情報である。放射パターン切替テーブル３３は、第１アンテナと第２アンテナについて、通信に使用するため指定されているアンテナの放射パターンを設定するための情報である。制御部３０は、アンテナ切替装置４０Ｍ，４０Ｓに放射パターンを切り替える指示を出力する。メモリ３１は、放射パターン切替テーブル３３を保持している。制御部３０は、アンテナ切替テーブル３２と放射パターン切替テーブル３３とにより、通信に使用するアンテナとその放射パターンを選択する。なお、放射パターン切替テーブル３３には、アンテナごとに、どの放射パターンを使用するかの対応付けを登録することとしてもよい。

＜データ構造＞
図７は、アンテナ切替テーブル３２と放射パターン切替テーブル３３とのデータ構造を示す図である。図７に示すように、アンテナ切替テーブル３２は、設定３２１と、アンテナ３２２とを含む。アンテナ切替テーブル３２は、第１アンテナと第２アンテナとのそれぞれについて、通信に使用するためのアンテナを指定するための情報である。設定３２１は、各アンテナを識別するための情報である。アンテナ３２２は、アンテナそれぞれを示す情報である。

放射パターン切替テーブル３３は、設定３３１と、メインアンテナ放射パターン３３２と、サブアンテナ放射パターン３３３とを対応付けた情報である。設定３３１は、放射パターンの組合せそれぞれを識別するための情報である。メインアンテナ放射パターン３３２は、メインアンテナに指定されているアンテナの放射パターンを指定するための情報である。サブアンテナ放射パターン３３３は、サブアンテナに指定されているアンテナの放射パターンを指定するための情報である。実施の形態２において、各アンテナから電波を放射する放射パターンは、２通り（第１方向と第２方向）に設定することができる。また、アンテナを通信に使用しない場合、放射パターンは、パターン「設定なし」となる。

＜アンテナ放射パターンの切替え方法について＞
次に、図６の放射パターン切替部４１Ｍ，４１Ｓ（以下、放射パターン切替部４１と総称することもある）によるアンテナ放射パターンの切替方法について説明する。

図８は、放射パターン切替部４１の構成を模式的に示す図である。図８を参照して、放射パターン切替部４１は、メイングランドとしての接地導体部ＧＮＤ１と、接地導体部ＧＮＤ１の周辺に設けられるサブグランドとしての接地導体部ＧＮＤ２，ＧＮＤ３と、スイッチ素子ＳＷ２，ＳＷ３と、チョークコイル６１，６２とを含む。図８では、アンテナＡＮＴは給電部６０に接続されるＬ字型のモノポールアンテナの例が示されているが、このアンテナＡＮＴの形態および形状に限定されるものでない。

接地導体部ＧＮＤ２は、矩形状の接地導体部ＧＮＤ１の辺６４に沿って設けられる。接地導体部ＧＮＤ３は、接地導体部ＧＮＤ１の辺６４に隣接する辺６５に沿って設けられる。接地導体部ＧＮＤ２，ＧＮＤ３の電気長は、アンテナＡＮＴが使用する周波数に対応する波長の４分の１（λ／４）またはその近傍値に設定されている。

接地導体部ＧＮＤ２の一端はスイッチ素子ＳＷ２を介してアンテナＡＮＴの給電部６０と接続され、接地導体部ＧＮＤ２の他端はチョークコイル６１を介してアンテナ導体部ＧＮＤ１と接続される。同様に、接地導体部ＧＮＤ３の一端はスイッチ素子ＳＷ３を介してアンテナＡＮＴの給電部６０と接続され、接地導体部ＧＮＤ３の他端はチョークコイル６２を介してアンテナ導体部ＧＮＤ１と接続される。チョークコイル６１，６２は、高周波電流を阻止するインピーダンス素子として用いられている。

図９は、アンテナＡＮＴによって生じる放射パターンを説明するための図である（スイッチ素子ＳＷ２がオンの場合）。図９を参照して、スイッチ素子ＳＷ２がオンで、スイッチ素子ＳＷ３がオフの場合には、イメージ電流Ｉｉはスイッチ素子ＳＷ２を介して接地導体部ＧＮＤ２を流れる。図９において、イメージ電流Ｉｉが流れる部分にハッチングを付している。イメージ電流Ｉｉは図９のＹ方向に流れる。放射パターン６６Ａ，６６Ｂは、イメージ電流Ｉｉを中心に、イメージ電流Ｉｉと直交する方向に生成される。接地導体部ＧＮＤ１〜ＧＮＤ３が設けられている面内では、放射パターン６６Ａ，６６ＢはＸ方向に生成される。

図１０は、アンテナＡＮＴによって生じる放射パターンを説明するための図である（スイッチ素子ＳＷ３がオンの場合）。図１０を参照して、スイッチ素子ＳＷ３がオンで、スイッチ素子ＳＷ２がオフの場合には、イメージ電流Ｉｉはスイッチ素子ＳＷ３を介して接地導体部ＧＮＤ３を流れる。図１０において、イメージ電流Ｉｉが流れる部分にハッチングを付している。イメージ電流Ｉｉは図１０のＸ方向に流れる。放射パターン６７Ａ，６７Ｂは、イメージ電流Ｉｉを中心に、イメージ電流Ｉｉと直交する方向に生成される。接地導体部ＧＮＤ１〜ＧＮＤ３が設けられている面内では、放射パターン６７Ａ，６７ＢはＹ方向に生成される。

図１１は、放射パターン切替部４１の等価回路を示す図である（スイッチ素子ＳＷ２がオンの場合）。図１１では、スイッチ素子ＳＷ２，ＳＷ３の一例としてＰＩＮダイオードが示されている。スイッチ素子ＳＷ２としてのＰＩＮダイオード（以下、ＰＩＮダイオードＳＷ２と記載する）のアノードは接地導体部ＧＮＤ２に接続され、ＰＩＮダイオードＳＷ２のカソードは給電部６０に接続される。同様に、ＰＩＮダイオードＳＷ３のアノードは給電部６０に接続され、ＰＩＮダイオードＳＷ３のカソードは接地導体部ＧＮＤ３に接続される。

図１１に示すように、給電部６０には、さらに、図６の制御部３０から出力された制御信号を受ける制御端子６３が接続されている。制御信号として接地導体部ＧＮＤ１に対する負電圧が制御部３０から制御端子６３に供給されているときには、ＰＩＮダイオードＳＷ２がオン状態となり、ＰＩＮダイオードＳＷ３がオフ状態となる。これによって、イメージ電流Ｉｉは接地導体部ＧＮＤ２を流れる（図１１において、イメージ電流Ｉｉが流れる部分にハッチングを付している）。このイメージ電流Ｉｉに対して垂直方向に放射パターン６６Ａ，６６Ｂが生成される。

図１２は、放射パターン切替部４１の等価回路を示す図である（スイッチ素子ＳＷ３がオンの場合）。図１２を参照して、制御信号として接地導体部ＧＮＤ１に対する正電圧が制御部３０から制御端子６３に供給されているときには、ＰＩＮダイオードＳＷ３がオン状態となり、ＰＩＮダイオードＳＷ２がオフ状態となる。これによって、イメージ電流Ｉｉは接地導体部ＧＮＤ３を流れる（図１２において、イメージ電流Ｉｉが流れる部分にハッチングを付している）。このイメージ電流Ｉｉに対して垂直方向に放射パターン６７Ａ，６７Ｂが生成される。

以上のように、制御部３０からの制御信号によってスイッチ素子ＳＷ２，ＳＷ３のオンおよびオフを切替えることによって接地導体部ＧＮＤ２，ＧＮＤ３のいずれか一方を選択することができる。これによって、選択した接地導体部ＧＮＤにイメージ電流Ｉｉが流れ、この結果、アンテナＡＮＴの放射パターンが切替えられる。

＜携帯端末装置におけるアンテナ放射パターンの例＞
上記の図８〜図１２で説明した放射パターン切替部４１は、指向性アンテナである図６の指向性アンテナＡＮＴ２と指向性アンテナＡＮＴ４の各アンテナに設けられている。ただし、メイングランドとしての接地導体部ＧＮＤ１は、各アンテナで共通化することができる。

図１３は、図６の携帯端末装置２００に設けられた指向性アンテナＡＮＴ２と指向性アンテナＡＮＴ４の放射パターンの例を示す図である。

図１３では、無指向性アンテナＡＮＴ１、指向性アンテナＡＮＴ２、無指向性アンテナＡＮＴ３、指向性アンテナＡＮＴ４を図示している。

図１３では、携帯端末装置２００がスマートフォンの場合を例として無指向性アンテナＡＮＴ１、指向性アンテナＡＮＴ２、無指向性アンテナＡＮＴ３および指向性アンテナＡＮＴ４の配置を示している。スマートフォンの筺体５０の長手方向をＹ方向とし、短手方向をＸ方向とし、厚み方向をＺ方向とする。筺体５０の主面上にタッチスクリーン１０８が設けられ、主面上でタッチスクリーン１０８の下部に操作キー１０５が設けられている。タッチスクリーン１０８は、ディスプレイとタッチパネルとが一体的に形成されたものである。操作キー１０５は、たとえば、ホーム画面を表示させるためのホームキーとして機能する。

無指向性アンテナＡＮＴ１、指向性アンテナＡＮＴ２、無指向性アンテナＡＮＴ３および指向性アンテナＡＮＴ４は筺体５０の内部に設けられる。具体的に、無指向性アンテナＡＮＴ１は筺体５０の長手方向（Ｙ方向）の一端に近接して（すなわち、操作キー１０５の近傍に）設けられる。無指向性アンテナＡＮＴ３は筺体５０の長手方向（Ｙ方向）の他端に近接して（すなわち、操作キー１０５の反対側に）設けられる。指向性アンテナＡＮＴ２は筺体５０の短手方向（Ｘ方向）の一端に近接して設けられる。指向性アンテナＡＮＴ４は筐体５０の短手方向（Ｘ方向）の他端に近接して設けられる。

図１３（Ａ）は、指向性アンテナＡＮＴ２および指向性アンテナＡＮＴ４を使用した場合の放射パターンの一例が示されている。指向性アンテナＡＮＴ２の場合、筺体５０の長手方向（Ｙ方向）にイメージ電流が流れるように図６の放射パターン切替部４１Ｍを制御することによって、筺体５０の短手方向（Ｘ方向）に放射パターン５４Ａ，５４Ｂが生成される。なお、放射パターンはイメージ電流の方向に垂直に生成されるので、筺体５０の厚み方向（Ｚ方向）にも指向性アンテナＡＮＴ２の放射パターンが生成されている。しかしながら、筺体５０の長手方向（Ｙ方向）の放射パターンは生成されない。

同様に、指向性アンテナＡＮＴ４の場合、筺体５０の長手方向（Ｙ方向）にイメージ電流が流れるように放射パターン切替部４１Ｓを制御することによって、筺体５０の短手方向（Ｘ方向）の放射パターン５５Ａ，５５Ｂが生成される（筺体５０の長手方向（Ｙ方向）には放射パターンは生成されない）。

無指向性アンテナＡＮＴ１と無指向性アンテナＡＮＴ３とについては、本実施形態では、放射パターンの変更ができない構成となっている。

図１３（Ｂ）は、指向性アンテナＡＮＴ２および指向性アンテナＡＮＴ４を使用した場合の放射パターンの一例が示されている。

具体的に、指向性アンテナＡＮＴ２の場合、筺体５０の短手方向（Ｘ方向）にイメージ電流が流れるように放射パターン切替部４１Ｍを制御することによって、筺体５０の長手方向（Ｙ方向）の放射パターン５７Ａ，５７Ｂが生成される。指向性アンテナＡＮＴ４の場合にも、筺体５０の短手方向（Ｘ方向）にイメージ電流が流れるように放射パターン切替部４１Ｓを制御することによって、筺体５０の長手方向（Ｙ方向）の放射パターン５８Ａ，５８Ｂが生成される。

指向性アンテナである指向性アンテナＡＮＴ２および指向性アンテナＡＮＴ４の放射パターンの切り替えを制御することで、１つの指向性アンテナが対応する通信エリアが拡大する。すなわち、指向性アンテナの放射パターンを制御することで、指向性アンテナのセクタの範囲が拡大する。

＜指向性アンテナの受信レベル測定処理＞
図１４は、実施の形態２の携帯端末装置２００が通信に使用する指向性アンテナを切り替える処理を示すフローチャートである。図１４に示す処理は、例えば、図３に示すフローチャートのステップＳ３０５およびステップＳ３１３の処理などで行われる。

ステップＳ１４０１において、ＣＰＵ１０１は、アンテナ切替テーブル３２を参照し、メインアンテナとサブアンテナについて、通信に使用するアンテナを選択する。例えば、初期状態としてメインアンテナに無指向性アンテナが指定されており、サブアンテナに指向性アンテナが指定されている場合、ＣＰＵ１０１は、メインアンテナについては設定「Ｍ−０」（無指向性アンテナＡＮＴ１）を選択し、サブアンテナについては、設定「Ｓ−１」（指向性アンテナＡＮＴ４−１）から設定「Ｓ−Ｎ」（指向性アンテナＡＮＴ４−Ｎ）のいずれかを選択する。

ステップＳ１４０３において、ＣＰＵ１０１は、サブアンテナ放射パターン３３３を参照し、設定３３１に示される各設定のいずれかを選択する。

ステップＳ１４０５において、ＣＰＵ１０１は、設定に従ってアンテナ切替装置４０Ｍおよびアンテナ切替装置４０Ｓを制御し、通信に使用するアンテナと、各アンテナの放射パターンを制御する。

＜実施の形態３＞
指向性アンテナの指向性の制御について、実施の形態３の携帯端末装置は、アダプティブアレイアンテナ方式を使用することで、指向性アンテナの指向性を適応的に制御する。アダプティブアレイアンテナ方式については、様々なものがあり、例えばビームフォーミング（ビームステアリング）方式と、ヌルステアリング方式などがある。

ビームフォーミング（ビームステアリング）方式では、携帯端末装置は、所望の方向にビームが向くように、アレイアンテナの送信指向性を制御する。信号送信時のビームフォーミングでは、アレイアンテナの送信指向性について、ヌルの制御は意図的に行われないが、ビームを制御した結果、ヌルが形成されることがある。

ヌルステアリング方式では、携帯端末装置は、通信先となる装置以外の通信装置が存在する方向にヌルが向くよう制御することで、アレイアンテナの送信指向性を制御する。信号の送信時のヌルステアリングでは、アレイアンテナの送信指向性について、ビームの制御を意図的に行うことを要しないが、ヌルの制御により、結果的にビームが形成されることがある。

また、携帯端末装置は、ビームフォーミング（ビームステアリング）と、ヌルステアリングとをともに行うこととしてもよい。

実施の形態３の形態端末装置によると、実施の形態１の携帯端末装置１００と比較して、指向性アンテナの指向性の細かい制御が可能となり、通信性能がさらに向上する。

本開示で説明した携帯端末装置は、プロセッサと、その上で実行されるプログラムにより実現される。本発明を実現するプログラムは、通信インタフェースを介してネットワークを利用した送受信等により提供される。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１１ トランシーバ、１２ パワーアンプ、１３ デュプレクサ、３０ 制御部、３１ メモリ、３２ アンテナ切替テーブル、３３ 放射パターン切替テーブル、３４ セクタ記憶部、４０ アンテナ切替装置、４１ 放射パターン切替部、４２ 指向性アンテナ切替部、１００ 携帯端末装置、１０１ ＣＰＵ、１０２ ＲＯＭ、１０３ ＲＡＭ、１０４ フラッシュメモリ、１０５ 操作キー、１０６ スピーカ、１０７ カメラ、１０８ タッチスクリーン、１１１ 加速度センサ、１１２ 無線通信ＩＦ、１２０ 第１アンテナ、１３０ 第２アンテナ、２００ 携帯端末装置、３２１ 設定、３２２ アンテナ、３３１ 設定、３３２ メインアンテナ放射パターン、３３３ サブアンテナ放射パターン。

Claims (4)

1. 携帯端末装置であって、
   無指向性のアンテナおよび指向性のアンテナを含む複数のアンテナと、
   前記複数のアンテナの各々を使用状態または非使用状態に切り替え可能なアンテナ切替部と、
   前記携帯端末装置の動作を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記無指向性のアンテナおよび前記指向性のアンテナによりダイバーシティ通信を行うよう前記アンテナ切替部を制御し、
   通信に使用している前記アンテナの受信信号の受信レベルを測定し、前記測定される前記指向性のアンテナの受信レベルと第１の閾値とを比較し、
   前記比較の結果、前記指向性のアンテナの前記受信レベルが前記第１の閾値を上回る場合に、前記ダイバーシティ通信に使用している前記無指向性のアンテナおよび前記指向性のアンテナのうち前記無指向性のアンテナを前記非使用状態に切り替え、
   前記比較の結果、前記指向性のアンテナの前記受信レベルが前記第１の閾値を上回らない場合であって、当該受信レベルが前記第１の閾値より小さい第２の閾値を上回る場合は、前記無指向性のアンテナおよび前記指向性のアンテナによる前記ダイバーシティ通信を行い、
   当該受信レベルが前記第２の閾値を上回らない場合、前記指向性のアンテナによる通信先装置の方向の探索および前記指向性のアンテナの前記受信レベルの測定を行う、携帯端末装置。
2. 前記制御部による、前記アンテナの受信信号の受信レベルを測定する処理は、前記携帯端末装置の動作状態に応じて、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）値
   またはＲＳＣＰ（Received Signal Code Power）値の少なくともいずれか一方を測定
   することを含む、請求項１に記載の携帯端末装置。
3. 前記アンテナ切替部は、使用状態の各アンテナの放射パターンを切り替え可能に構成されており、
   前記制御部は、前記指向性のアンテナの前記放射パターンを切り替えて、通信先装置の方向を探索する、請求項１または２に記載の携帯端末装置。
4. 前記指向性のアンテナは、アダプティブアレイアンテナにより構成されており、
   前記制御部は、前記アンテナ切替部により前記アダプティブアレイアンテナの指向性を制御する、請求項１〜３のいずれかに記載の携帯端末装置。

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