多输入多输出通信装置的制作方法

专利名称：多输入多输出通信装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及MIMO(Multi-Input Multi-Output;多输入多输出)通信装置。
背景技术：
在无线通信设备领域中，使用阵列天线(array antenna)的MIMO(Multi-I叩ut MuW-Output)通信能够使通信速度更加高速而不增加使用频带，并且能够实现提高系统的综合性的吞吐量(throughput)(例如，参照非专利文献1)。
近年来，在无线LAN的领域中，正在研究在IEEE802.11n的标准化之际采用MIMO通信技术。在2007年时的标准草案中，已有该技术的记载。与此相同，以移动电话、移动无线数据终端等数据传输的高速化为目标，正在研究MIMO通信纟支术。
在以往的不使用MIMO通信技术的无线通信系统的情况下，通信质量基于接收点的电场强度来规定。相对于此，在使用了 MIMO通信技术的通信系统的情况下，通信质量不仅基于接收点的电场强度，而且基于发送和接收之间的无线传播通信信道的状态来规定。因此，在MIMO通信系统中，监测无线传播通信信道的状态(其被称为信道估计技术，例如，参照非专利文献l的第2-3项、通信估计和均衡技术)，需要基于监测到的无线传播通信信道的状态，选择最合适的接收参数。
特别是，可设想在具备适用了 MIMO通信技术的便携式个人电脑(PC)的MIMO通信系统的情况下，无线设备的配置以及使用环境频繁变化。MIMO通信系统中的无线传播通信信道的状态因这种频繁变化而受到影响。因此，在无线设备的天线配置以及该无线设备的周围的传播环境之间成立特定关系时，无线传播通信信道的状态有时恶化。也就是说，有时发生MIMO通信的质量劣化或系统吞吐量的降低。
因此，以往存在例如专利文献1所示的MIMO通信系统。在该MIMO通信系统中，接收站包括状态指标运算单元，使用传递函数(tmnsfer flmction)
4的全部或一部分，计算表示当前的通信状态的状态指标(status index);以及通信状态显示单元，4艮据状态指标的值改变显示内容。并且，该接收站还包括外部接口单元，对通过有线或无线连接的外部终端，传递状态指标。图l表示专利文献1所记载的以往的MIMO通信装置。
在图1的通信状态指标运算电路中，通过数值计算，计算无线传播通信信道的状态作为指标。显示单元进行对应于该状态指标或通过组合由多个方法计算出的状态指标所得到的状态指标的显示。然后，通过参照显示单元所显示的指标，用户能够进行MIMO通信装置的配置变更或系统中的分集的控制等。
另外，在专利文献1所公开的MIMO通信系统中，作为通过MIMO技术发送的信号的检测方法，假设了通常称为Zero-Forcing(ZF,迫零)法的方法。根据由上述通信状态指标运算电路进行的、与信道估计矩阵的矩阵式的值的大小有关的判定，能够进行MIMO通信装置的配置变更或系统中的分集控制等。
专利文献1:特开2006-211566号公报
非专利文献1:特許庁資料標準技術集電気平成16年度MIMO(Multi Input Multi Output)関連技術

发明内容
发明需要解决的问题
然而，根据设置在MIMO通信装置中的天线配置，按照与通信对方的天线之间的位置关系，有时发生MIMO通信的质量劣化。此时，在以往的MIMO通信系统中，需要用户根据无线传播通信信道的状态指标，进行MIMO通信装置的配置变更等，所以用户的便利性较差。另外，例如，在MIMO通信装置为膝上(laptop)型个人电脑(PC)时，存在其被载置的位置固定在桌上的规定位置的倾向。
另外，在将MIMO通信系统适用于设置在例如办公室内的LAN通信系统等时，接入点(Access Point; AP)与桌子之间的位置关系已被固定。因此，难以通过配置变更来提高通信信道状态，有时通信质量会劣化。这样，设置在MIMO通信装置中的天线配置是与通信质量有关的重要因素，但在以往技术中未顾及这方面。本发明的目的在于，提供无论装置的设置位置如何，都能够将MIMO通信特性保持在一定程度以上的MIMO通信装置。解决问题的方案
本发明的MIMO通信装置所采用的结构包括第一天线元件(antennaelement)和第二天线元件，设置的位置在一条直线上；第三天线元件，设置在所述直线以外的位置；以及MIMO调制解调单元，与所有的所述天线元件连接。
发明的效果
根据本发明，能够提供无论装置的设置位置如何，都可以将MIMO通信特性保持在一定程度以上的MIMO通信装置。


图l是表示以往的MIMO通信装置的结构的方框图。
图2是表示本发明实施方式1的MIMO通信装置的结构的方框图。
图3是表示在实施方式1的MIMO通信装置为便携式个人电脑(PC)时的
装置外观的图。
图4是表示实施方式1的MIMO通信装置的详细结构的方框图。
图5是表示设置在AP上的两个天线元件与MIMO通信装置具有的两个天线元件之间的位置关系的图。
图6是表示在改变了 AP的天线元件与MIMO通信装置的天线元件之间所形成的角度6时的、信道估计矩阵H的矩阵式的计算值的变化的情形的图。
图7是表示在改变了 AP的天线元件与MIMO通信装置的天线元件之间所形成的角度e时的、MIMO通信系统的通信容量的变化的情形的图。
图8是表示实施方式1的MIMO通信装置的天线元件配置的变化例的图。
图9是表示实施方式1的MIMO通信装置的天线元件配置的变化例的图。
图io是表示在采用了图9所示的天线元件配置的情况下、改变角度e时的矩阵值的变化的情形的图。
图11是表示实施方式1的MIMO通信装置的天线元件配置的变化例的图。
6图12是表示实施方式1的MIMO通信装置的天线元件配置的变化例的图。
图13是表示实施方式2的MIMO通信装置的结构的方框图。图14是表示在实施方式2的MIMO通信装置为便携式个人电脑(PC)时的装置外观的图。
具体实施例方式
以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。另外，在实施方式中，对相同的结构要素附加相同的标号，并省略其重复的说明。(实施方式1)
图2是表示本发明实施方式1的MIMO通信装置的结构的方框图。如该图所示，MIMO通信装置100包括天线元件101-1和天线元件101-2，设置的位置在一条直线上；天线元件102-1和天线元件102-2,-没置在该直线以外的位置；以及MIMO调制解调单元105,与所有的天线元件(天线元件101-1和101-2以及天线元件102-1和102-2)连接。MIMO通信装置100包括第一壳体103和第二壳体104。
第一天线元件101-1和第二天线元件101-2设置在第一壳体103内。另外，第三天线元件102-1和第四天线元件102-2设置在第二壳体104内。
在MIMO通信装置100为便携式个人电脑(PC)时，该便携式PC的外观例如为图3所示的外观。如该图所示，第一壳体103和第二壳体104通过连接部107连接。在该图中，特别表示了笔记本型PC的情况。以下，有时第一壳体103被称为上方壳体，第二壳体104被称为下方壳体。
第一壳体103具有显示单元106,该显示单元106显示由MIMO调制解调单元105解调出的接收信号即从通信对方端发送的信息。在显示单元106的显示画面上，显示从通信对方端发送的信息在PC的存储器上点(dot)展开后的图像信息。该存储器的坐标系与显示画面的坐标系(例如，该图所示的XY坐标系)相互对应。在使用PC时，通常显示图像的上部分被显示在Y坐标具有较大的值的一侧。
在第一壳体103的上边部108即显示画面的上侧，设置第一天线元件101-1和第二天线元件101-2。另外的说法是，在将与第二壳体104之间的连接部107作为第一壳体103的一端时，在第一壳体103的另一端-没置第一天线元件101-1和第二天线元件101-2。在该图中，特别是在上边部108(或者该 另一端)的两端设置第一天线元件101-1和第二天线元件101-2。
第二壳体104具有作为按键操作部件的键盘部109。在第二壳体104的 周边部110即第二壳体104内的^:盘部109的周围部分，没置第三天线元件 102-1和第四天线元件102-2。在该图中，第三天线元件102-1设置在键盘部 109的上侧的、第二壳体104的上边部111。特别是在该上边部111的一端附 近，设置了第三天线元件102-1。另外，第四天线元件102-2设置在键盘部109 的下侧的、第二壳体104的下边部112。特别是在该下边部112的一端附近， 设置第四天线元件102-2。
图4是详细地表示MIMO通信装置100的结构的方框图。
如该图所示，MIMO通信装置100的MIMO调制解调单元105具有信道 处理单元301、切换单元302以及数据输入输出单元303，所述切换单元302 根据用于通信的选择天线元件，将信号的输入输出目的地在信道处理单元 304-1至304-4之间进行切换。信道处理单元301具有与天线元件101-1和 101-2以及天线元件102-1和102-2分别对应的信道处理单元304-1至304-4。
MIMO调制解调单元105获得多个信道估计值，所述多个信道估计值为 通信对方端的多个天线与MIMO通信装置IOO所具有的多个天线元件的各个 天线元件之间的、与各个传播路径有关的信道估计值。另外，MIMO调制解 调单元105从MIMO通信装置IOO所具有的多个天线元件中依序选择在通信 对方端用于通信的天线数以上的多个天线元件。对所有组合进行该天线元件 的选择。 -
MIMO调制解调单元105对所选4奪的天线元件的每个组合，基于与该组 合的天线元件对应的信道估计值生成信道估计矩阵，计算该信道估计矩阵的 矩阵式的值。
例如，在通信对方端从两个天线元件发送两个流(stream)即两个信号序列 时，MIMO调制解调单元105/人MIMO通信装置100的、多于两个天线元件 的天线元件中选择任意的两个天线元件。接着，对所选择的两个天线元件的 组合计算多个二行二列信道估计矩阵，并决定计算出的二行二列信道估计矩 阵的矩阵式的值最大的天线元件的组合。接着，利用矩阵式的值最大的信道
估计矩阵以及导出信道估计矩阵时所使用的天线元件的接收信号，进行 MIMO解调。另外，这里，假设对矩阵值最大的组合进行MIMO解调。然而，只要是 矩阵值不为0的组合，都能够对该组合进行MIMO解调。
接着，说明具有上述结构的MIMO通信装置100的动作。特别是，作为 一例，说明MIMO通信装置100为搭载了无线LAN通信功能的便携式个人 电脑(PC)的情况。
如图2和图3所示，上方壳体103内设置的两个天线元件101-1和101-2 大致呈直线地设置在上方壳体103的上边部108。特别是，说明在大致平坦 的桌上放置下方壳体104,并打开了上方壳体103的状态下使用的情况。也 就是说，在使用便携式个人电脑(PC)的情况下，将下方壳体104内的、键盘 部109的操作面的背面载置在桌子等上时，两个天线元件101-1和101-2被设 置在大致水平的位置。
由此，两个天线元件101-1和101-2被设置在便携式PC中的最高的位置， 所以能够提高与通信对方的AP之间的传播环境成为视线传播环境的概率。 另外，通过将天线元件101-1和101-2设置在便携式PC中的最高的位置，能 够降低显示单元106的屏蔽(也就是说，抑制向显示单元106的方向的放射) 所造成的传播损失。因此，作为天线元件101-1和101-2被设置在便携式PC 中最高的位置的结果，能够提高便携式个人电脑(PC)与AP之间的通信环境变 好的可能性。
另外，多个天线元件101-1和101-2设置在上方壳体103内相互隔开的 位置。通过多个天线元件101-1和101-2设置在相互隔开的位置，能够减少天 线互相关特性(或衰落相关特性)，其结果，能够提高MIMO通信特性。
如上所述，只要在MIMO通信装置100的上方壳体103内设置多个天线 元件101-1和101-2,原理上，除了 AP与STA即MIMO通信装置100处于 特定的位置关系的情况之外，就能够在AP与MIMO通信装置IOO之间进行 MIMO通信。特别是，在不使用MIMO通信技术的以往的无线LAN中，为 了通过分集效应提高接收特性，通常采用这样的天线元件配置。因此，从保 证与以往的无线LAN之间的互换性的观点来说，天线元件的配置也通常采用 这样的配置。
然而，在AP与MIMO通信装置IOO处于特定的位置关系时，仅使用了 多个天线元件101-1和101-2，有时难以在AP与MIMO通信装置100之间进 行MIMO通信。图5表示设置在AP的两个天线与MIMO通信装置100所具有的两个天线元件101-1和101-2之间的位置关系。在该图中，表示在包含两 个天线元件101-1和101-2以及AP的两个天线的配置位置的全部的面(以下， 有时被称为"天线配置面")上的、该四个天线的位置关系。AP通常设置在 墙面等上。然后，AP所具有的多个天线直线地设置在水平面上。另一方面， 便携式个人电脑(PC)放置在距AP —定距离的桌子等的水平面上的状态下使 用。 一般而言，为便携式PC时在下述状态下被使用，下方壳体104设置在 水平面上，另一方面，上方壳体103与下方壳体104大致垂直。因此，如上 所述，在天线元件101-1和101-2大致呈直线地设置在上方壳体103的上边部 108时，多个天线元件101-1和101-2当然也配置在水平的直线上。
极端而言，便携式PC的使用时的载置位置每次使用时都移动。因此， 如图5所示，在配置天线元件101-1和101-2的直线与配置AP的两个天线的 直线在天线配置面内平行的状态下，配置天线元件101-1和101-2的情形4交少。 也就是说，配置天线元件101-1和101-2的直线相对于配置AP的两个天线的 直线，具有任意的方位角(azimuth angle) 6 。该方位角6才艮据便携式PC被放 置的状态而在从0度至360度之间随才几地变化。
这里，导出与MIMO通信系统中的信道估计值(理论值)对应的信道估计 矩阵的矩阵式的计算值、以及基于该计算值获得的通信容量值。
将STA即MIMO通信装置100的天线元件101-1的配置位置设为yl， 将天线元件101-2的配置位置设为y2，将两个天线元件之间的间隔_没为dr。 另外，将AP的第一天线元件401的配置位置设为xl，将第二天线元件402 的配置位置设为x2，将两个天线元件之间的间隔设为ds。另外，将MIMO 通信装置100的天线阵列(antenna array)的中心与AP的天线阵列的中心之间 的距离设为d。
根据几何关系，能够分别如下地求此时各个天线之间的距离。 天线元件101-1与天线元件401的天线间距离Lu可通过算式(l)求出。
<formula>formula see original document page 10</formula> ■…(1) 天线元件101-1与天线元件402的天线间距离L^可通过算式(2)求出。<formula>formula see original document page 10</formula>天线元件101-2与天线元件401的天线间距离La可通过算式(3)求出
丄21 ("ysm(9)2+("y + YCos(9)2…(3)
天线元件101-2与天线元件401的天线间距离L22可通过算式(4)求出
"、2 ,fi^ ^/厂 "、2
w -、,、" TYsin6>) —YC ) ■ ■ ■ (4)
根据这些关系，信道估计值(理论值)可通过算式(5)表示。
^二"Z^T"(cos^-,sin^). . . f5、
斗我, 、"
其中，k表示STA即MIMO通信装置100的天线序号。1表示AP的天 线序号。在MIMO通信装置100中，天线元件101-1的天线序号为1，天线 元件101-2的天线序号为2。在AP中，天线元件401的天线序号为1，天线 元件402的天线序号为2。 c为光速。f表示频率。另外，Wkl为通过算式(6) 求出的值。
几 C "
在该算式(6)中，f表示频率。c为光速。入为波长。
然后，基于香农(Shannon)的信息理论(参照上述非专利文献1的第1-2项 的容量(capacity))，通信容量0^,可通过算式(7)表示。
cm， 二 lQg:
det
V 气 乂
其中，SNR为接收信号信噪比。I为单位矩阵。矩阵h为将hw作为元素 的矩阵。ms表示发送天线数。
接着，利用上述导出的算式，考察改变了 AP的天线与MIMO通信装置 100的天线之间所形成的角度e(参照图5)时的、信道估计矩阵H的矩阵式的 计算值的变化的情形。在图6中，表示在AP的两个天线与MIMO通信装置 100的两个天线元件之间进行MIMO通信时的、对应于角度6的信道估计矩阵H的矩阵式的计算值。
由图6可知，在角度6为0度和180度时，矩阵式的值最大。然后，矩 阵式的值随着角度6偏离0度和180度而减少，在角度6为90度和270度时， 矩阵式的值变成O。这是因为，在角度6为90度和270度时，在通过算式(5) 计算的信道估计矩阵的元素之间，满足hn=h12以及h21=h22的关系。
另外，图7表示在改变了 AP的天线与MIMO通信装置100的天线元件 之间所形成的角度6(参照图5)时的、MIMO通信系统的通信容量的变化的情 形。这里，适用发送功率一定这样的条件。
由图7可知，在角度6为O度和180度时，MIMO通信系统的通信容量 最大。然后，MIMO通信系统的通信容量随着角度6偏离O度和180度而减 少，在角度6为90度和270度时，MIMO通信系统的通信容量变成O。也就 是说，在角度6为90度和270度时，AP与MIMO通信装置IOO之间处于难 以进行MIMO通信的状态。另外，在角度6为90度和270度附近的角度时， 即使接收端的接收功率充足，也难以确保期望的通信容量。
另外，目前，在依据无线LAN标准正EE802.11a、 b和g的接入点中， 设置偶极天线(dipole antenna)、单极天线(monopole antenna)、套筒天线(sleeve antenna)等的垂直极化天线(vertical polarized antenna),所述偶极天线为天线形 状配置成两个平行的天线。然后，通过这些垂直极化天线进行分集接收。在 通信站(以下，有时被称为STA)也通过两个天线进行分集接收。
在适用MIMO通信技术的无线LAN中，在具有多个天线的AP与具有 多个天线的STA之间也进行无线通信。然后，信道估计矩阵的矩阵式是O的 典型的电波传播环境为以下的环境，即在STA与AP之间为视线传播环境， 并且无论在接收端选择哪个天线元件，选择出的天线元件与发送端的多个天 线的各个天线之间的距离都相等。在该环境下，从多个天线发送的多个通信 信号流的振幅和相位在多个接收天线元件之间相等，所以信道估计矩阵的矩 阵式为0。
此时，难以在接收端对多个通信信号流进行解调。该理论与图6所示的 现象一致。 一般而言，从AP所具有的多个天线元件来看，从该多个天线发 送的通信信号流可视为在接收天线元件中等相位的情况是指以下的情况，即 在将多个发送天线元件一见为一个阵列天线(array antenna)时，在该天线的方向 性图案(directionality pattern)的峰方向上存在STA的接收天线元件。
12也就是说，在MIMO通信系统中，在单独地发送多个通信信号流时，为
了提高通信容量，要求天线相关即衰落相关值变得较低。为了满足该请求， 一般而言，使多个天线的天线间隔为半波长以上，并将多个天线设置成相互 远离的状态。在阵列天线中的多个天线的天线间隔充分隔开了半波长以上的
状态下，产生栅瓣(grating lobe)。
因此，随着天线间隔增大，产生更多的阵列天线方向性的峰。此时，若 使各个发送天线的输出功率相等，则接收天线中的各个传播电波的振幅也相 等。在STA的多个接收天线元件的排列与发送端即AP的阵列天线方向性峰 方向一致时，多个接收天线的各个天线与多个发送天线的各个天线之间的距 离都相等。因此，此时，信道估计矩阵的矩阵式为0。
另外，在两个以上的天线元件设置在上方壳体的任意的位置的情况下， 设置成上方壳体和下方壳体之间形成90度的角度时，存在与上述同样的通信 容量的劣化现象，即信道估计矩阵的矩阵式的值为0。
以上，仅考察了 MIMO通信装置100的天线元件101-1和101-2与AP 的天线元件401和402之间的关系。然而，在MIMO通信装置100中，设置 天线元件102-1和102-2，所述天线元件102-1和102-2:&置在配置天线元件 101-1和101-2的一条直线以外的位置。由此，即使天线元件101-1和101-2
的角度6为卯度或270度，也能够实现通信容量不为o的天线元件的配置。
将来自这样配置的天线元件的输出输入到MIMO调制解调单元105，并由 MIMO调制解调单元105进行接收信号的切换，或者进行利用了伪逆矩阵 (pseudo inverse matrix)的信号分离计算，从而能够检测从发送端发送的发送数据。
在图4所示的MIMO通信装置100中，在MIMO解调时，四个天线元 件的接收信号输入到信道处理单元301,由信道处理单元301进行信道估计 值的计算。例如在从发送端发送两个通信流时，切换单元302 /人四个信道处 理单元304-1至304-4的输出中选择任意两个输出。另外，切换单元302利用 由信道处理单元304-1至304-4计算出的信道估计值中的、与所选择的输出对 应的信道估计值来生成信道估计矩阵，并计算该信道估计矩阵的矩阵值。通 过依序变更所选择的两个输出，对所有该选择的组合进行该矩阵值的计算。
因此，MIMO调制解调单元105通过选4奪矩阵值不为0的组合或矩阵值 较大的组合，能够进行MIMO解调。根据图3所示的MIMO通信装置100的天线元件的配置，无论AP的位 置与MIMO通信装置100的使用位置处于何种位置关系，都存在矩阵值不为 0的上述组合。若对该组合进行MIMO解调处理，则能够确保期望的通信容 量。另外，在发送端发送三个通信流时，通过MIMO调制解调单元104对任 意三个通信信道处理单元的输出进行矩阵式的九个元素的逆矩阵计算，与上 述两个流同样地进行MIMO解调处理即可。
在利用了与四个天线元件对应的信道处理单元304-1至304-4的输出中 的所有输出时，信道矩阵的维数在发送流是2时维数为2，在发送流是3时 维数为3。在这样的情况下，MIMO调制解调单元105利用伪逆矩阵进4亍 MIMO解调处理即可。根据适用于本实施方式的MIMO通信装置100的天线 元件配置，信道矩阵的维数并不收缩。因此，必须求出伪逆矩阵。另一方面， 在MIMO调制时，切换单元302根据发送信号的流数，选择用于发送的天线 元件。在与所选择的天线元件对应的信道处理单元301中，信道估计用信号 被附加在发送信号中。
接着，说明MIMO通信装置100的天线元件配置的变化例。
图8所示的MIMO通信装置100的下方壳体104^f又具有天线元件102-1。 然后，天线元件102-1设置在上方壳体103与下方壳体104的连接部107或 其附近。 一般而言，在便携式PC的下方壳体上设置了键盘。因此，在下方 壳体上，能够设置天线元件的位置为设置了键盘的范围以外的位置。在图8 中，特别是，在键盘部109和接合部(连接部107)之间的间隙处设置天线元件 102-1。
关于便携式PC,在PC使用者的手置于下方壳体104的下边部112的两 端附近的状态下，操作键盘的情形较多。因此，若在键盘部109的下侧的、 下方壳体104的下边部112的两端附近设置天线元件，则由于^f吏用者的手覆 盖了天线元件，通信质量劣化。
因此，通过将天线元件102-1设置在上方壳体103和下方壳体104的连 接部107或其附近，即键盘部109的上侧的、下方壳体104的上边部111，能 够防止通信质量的劣化。另外，基于相同的理由，如图9所示，通过将天线 元件102-1设置在键盘部109的下侧的、下方壳体104的下边部112的中央 附近，能够防止通信质量的劣化。
图io表示在采用了图9所示的天线元件配置的情况下、改变角度e时的矩阵值的变化的情形。在该图中，曲线1201表示了与由上方壳体103的两个 天线元件101-1和101-2接收到的信号有关的矩阵式的计算值。曲线1202表 示了与由上方壳体103的天线元件101-1和101-2中的一个天线元件、以及i殳 置在下方壳体104内的天线元件102-1接收到的信号有关的矩阵式的计算值。 曲线1201与图6所示的曲线一致。也就是说，在方位角6为90度和270度 时，矩阵式为0。
另一方面，在曲线1202中，在为与曲线1201不同的角度e时，矩阵式
的值为o。也就是说，无论角度e为何值，与由天线元件ioi-i和101-2接收
到的信号有关的矩阵式的计算值、以及与由上方壳体103的天线元件101-1 和101-2中的一个天线元件和设置在下方壳体104内的天线元件102-1接收到 的信号有关的矩阵式的计算值都不可能同时为0。也就是说，通过进行如图9 所示的天线元件配置，必定存在矩阵式的值不为O的天线元件的组合。因此， MIMO调制解调单元105通过选择矩阵值不为0的组合，能够进行MIMO解 调。从而，在MIMO通信系统中，能够获得期望的MIMO通信容量。
在图11所示的MIMO通信装置100的下方壳体104中，天线元件102-1 设置在上方壳体103和下方壳体104的连接部107或其附近。天线元件102-2 设置在键盘部109的下侧的、下方壳体104的下边部112的中央附近。也就 是说，图11所示的天线元件配置为组合了图9和图10的天线元件配置的配 置。
如图11那样配置下方壳体104上的天线元件，则具有以下的优点。如上 所述，天线元件102-l和102-2的配置位置分别被用户的手覆盖的可能性较低。 通过将天线元件分别设置在这样的多个位置上，即使任一个天线元件配置位 置被用户的手覆盖，另一方的天线元件配置位置也被覆盖的可能性较低。因 此，通过选择出未被用户的手覆盖的天线元件，能够排除用户的手对通信容 量造成的影响。
另外，如图11那样配置下方壳体104上的多个天线元件，则上方壳体 103所造成的屏蔽环境不同。因此，即使在AP与下方壳体104的天线元件 102-1之间的通信波被上方壳体103屏蔽时，下方壳体104的天线元件102-2 没有受到上方壳体103所造成的屏蔽的影响的可能性较高。在这样的情况下， 通过选择天线元件102-2，能够排除上方壳体103的屏蔽对通信容量造成的影 响。具体而言，在天线元件102-2被使用者的手覆盖时，检测出天线元件102-2 的接收功率较小，所以通过由切换单元302选择除了天线元件102-2以外的 天线元件的组合，mimo调制解调单元105能够进行mimo解调。
另外，在下方壳体104的天线元件102-1因显示单元106等，电波^皮屏 蔽而处于ap的视线外时，检测出下方壳体104的天线元件102-1的接收功率 较小，所以通过由切换单元302选择除了天线元件102-1以外的天线元件的 组合，mimo调制解调单元105能够进行mimo解调。
在图12所示的mimo通信装置100的下方壳体104中，与图8的情况 相同，下方壳体104的天线元件102-1设置在上方壳体103和下方壳体104 的连接部107或其附近。另外，在上方壳体103中，与图8的情况不同，上 方壳体103的天线元件101-1和天线元件101-2大致呈直线地纟皮-没置在上方壳 体103的上边部108的一端和中央。
通过进行这样的天线元件配置，无i仑上方壳体103与下方壳体104之间 的开闭状态如何、以及MIMO通信装置100与AP之间的位置关系如何，上 方壳体103的天线元件101-1和101-2与AP之间的方位角6 、以及连接下方 壳体104的天线元件102-1与上方壳体103的天线元件101-1和101-2中的4壬
一方的直线与ap之间的方位角e两个角度也不可能一致。由此，能够减轻
因上方壳体103的天线元件101-1、 101-2的方位角与下方壳体104的102-1 的方位角 一致所造成的MIMO通信容量的劣化。
另外，在以上的说明中，说明了AP进行发送，MIMO通信装置100进 行接收的情况，即通常称为下行线路或下行链路(downlink)的通信。在上述的 例子中，表示AP从两个天线发送两个流，PC利用三个以上的夭线进行接收 的、下行MIMO通信。
在上行线路(上行链路，uplink)也能够实现这样的MIMO通信。也就是说， MIMO通信装置IOO利用两个天线发送两个流，AP利用三个天线来接收。此 时，MIMO调制解调单元105从设置在MIMO通信装置100的三个以上的天 线的组合(在上述的例子中，该组合由两个天线构成)中选择任意的组合，并通 过该选择出的组合所包含的天线，发送调制信号即可。另外，MIMO调制解 调单元105既可以使该选择出的组合例如在一个通信中固定化，或者，也可 以基于上述的天线的选择标准，自适应地变更用于发送的天线組合。
在实施方式l中，说明了 MIMO通信装置为便携式PC的情况。然而，
16MIMO通信装置并不限于便携式PC，也可以为折叠式移动电话和膝上(lap top) 型PC等。
这样，根据本实施方式，在MIMO通信装置100中设置设置的位置处 于一条直线上的、作为第一天线元件和第二天线元件的天线元件101-1和 101-2;设置在该直线以外的位置的、作为第三天线元件的天线元件102-1或 天线元件102-2;以及与所有的天线元件连接的MIMO调制解调单元105。
根据上述的结构，无论怎样设置MIMO通信装置100对通信对方的"^殳置 位置，都必定存在MIMO通信装置100与该通信对方之间的传播路径的信道 估计矩阵的矩阵式不为0的天线元件的组合。其结果，无论装置的设置4立置 如何，都能够实现可以将MIMO通信特性保持在一定程度以上的MIMO通信 装置。
另外，天线元件101-1和101-2设置在上方壳体103，并且天线元件102-1 或天线元件102-2以及MIMO调制解调单元105设置在下方壳体104。
根据上述的结构，天线元件设置在配置有MIMO调制解调单元105的壳 体上，从而能够提高MIMO通信装置100的通信稳定性。也就是说，天线元 件101-1和101-2设置在与配置有MIMO调制解调单元105的壳体不同的壳 体上。
因此，天线元件101-1和101-2与MIMO调制解调单元105之间的连4妾 线，横跨上方壳体103和下方壳体104来设置。例如，在MIMO通信装置100 为便携式PC时，使天线元件101-1和101-2与MIMO调制解调单元105之 间的连接线穿过连接上方壳体103与下方壳体104的转轴(hinge)、铰链等的 内部。因此，也可以认为该连"l妻线^皮截断。
但是，在本实施方式中，采用的结构为在设置了 MIMO调制解调单元 105的下方壳体104内也i殳置天线元件102。与天线元件101-1、 101-2和MIMO 调制解调单元105之间的连接线相比，该天线元件102与MIMO调制解调单 元105之间的连接线被截断的可能性较低。
因此，即使天线元件101-1和101-2的其中一个天线元件因断线而无法 用于通信时，也通过利用天线元件101-1和101-2中可利用的天线元件、以及 i殳置在下方壳体104的天线元件102-1或天线元件102-2，能够进行MIMO 通信。
因此，此时，能够进一步提高MIMO通信装置100的通信稳定性。另外，天线元件101-1和101-2设置在显示单元106所具有的显示画面 的上侧的、第一壳体103的上边部108。
由此，在使用MIMO通信装置100时，天线元件101-1和101-2设置在 MIMO通信装置100中最高位置的可能性较高的位置。其结果，能够提高与 通信对方之间的传播环境为视线内传播环境的概率。
另外，多个天线元件101-1和101-2设置在上方壳体103内相互隔开的 位置。更优选的是，多个天线元件101-1和101-2设置在上方壳体103的上边 部108的两端。
由此，能够减少天线互相关特性(或衰落相关特性)，其结果，能够提高 MIMO通信特性。
另外，通过将天线元件102-1设置在键操作部109的操作面的上侧的、 第二壳体104的上边部111，能够防止因使用者的手覆盖天线元件所造成的通 信质量的劣化。另外，通过将天线元件102-1设置在第二壳体104的下边部 112的中央，也能够防止因使用者的手覆盖天线元件所造成的通信质量的劣 化。
(实施方式2)
图13是表示本发明实施方式2的MIMO通信装置的结构的方框图。 如该图所示，MIMO通信装置1300包括天线元件1301， i殳置在上方 壳体103内存在天线元件101-1和天线元件101-2的直线上；以及天线元件 1302，设置在下方壳体104中。在实施方式2中，天线元件101-1、天线元件 101-2以及天线元件102为第 一极化型(polarization type)的天线元件。天线元 件1301和天线元件1302为与第一极化不同的第二极化型的天线元件。另夕卜， MIMO调制解调单元105与MIMO通信装置IOO所具有的所有的天线元件连 接。
在MIMO通信装置1300为便携式个人电脑(PC)时，该便携式PC的外观 例如为图14所示的外，见。
在第一壳体(上方壳体)103的上边部108即显示画面的上侧，除了设置了 第一极化型的第一天线元件101-1和第二天线元件101-2之外，还:&置了第二 极化型的天线元件1301。在该图中，特别是在上边部108的两端i殳置第一天 线元件101-1和第二天线元件101-2，而在上边部108的中央附近i殳置天线元 件1301。在第二壳体(下方壳体)104的周边部IIO设置第一极化型的天线元件102 和第二极化型的天线元件1302。在该图中，特别是，天线元件1302配置在 键盘部109的上侧的、第二壳体104的上边部111。特别是在该上边部111 的一端附近，设置天线元件1302。另外，天线元件102"i殳置在4定盘部109的 下侧的、第二壳体104的下边部112。特别是在该下边部112的一端附近，设 置天线元件102。
另外，例如，即使AP利用垂直极化型的多个天线来发送和接收传4番波 时，在通常使用无线LAN的电波传播环境下，该传播波因房间的墙面、地板 和天花板等反射，从而其极化面上也发生变化。 一般认为，极化不同的传播 波经由不同的传播路径传播过来。因此，可以认为极化不同的传播波的传播 相位互不相同。因此，可以认为由于使用无线LAN的电波传播环境，在MIMO 通信装置中仅设置一种极化型的天线元件时，MIMO通信质量因反射波等影 响而劣4匕。
相对于此，在本实施方式的MIMO通信装置1300中，除了设置作为第 一极化型的天线元件的、天线元件101-1、天线元件101-2以及天线元件102 之外，还设置作为与第 一极化不同的第二极化型的天线元件的、天线元件1301 和天线元件1302。
根据上述的结构，即使接收端中第 一极化(polarization)的接收质量因反射 等影响而劣化时，通过选择与第 一极化不同的第二极化的天线元件的组合， 也能够防止MIMO通信的质量劣化。也就是说，通过在MIMO通信装置1300 中设置了与各个极化型对应的多个天线元件，从而天线元件的组合存在才及化 型不同的组合。
因此，即使与一个极化型的组合有关的矩阵值因反射波的影响而变成0 时，与其他的极化型的组合有关的矩阵值也不变成0。因此，即使接收端中 的极化型因反射等影响而发生变化时，也能够提高可确保所期望的通信容量 的可能性。
在图14中，表示第一极化型为垂直极化，而第二极化型为水平极化的情 况，但也可以为相反的情况。另外，极化型的组合并不限于此。例如，作为 极化型的组合，既可以为圓极化中的右旋圆极化和左旋圓极化的组合，也可 以为相互正交的45度倾4+才及化。
另外，在图13和图14中，表示第二极化型的天线元件设置在上方壳体103和下方壳体104的各个壳体上的情况。另外，第二极化型的天线元件的配置位置并不限于此，第二极化型的天线元件也可以仅^没置在上方壳体103或下方壳体104的其中一个壳体中。另夕卜，作为上方壳体103和下方壳体104的天线元件配置，也能够利用实施方式1所示的天线元件配置的变化例。
另外，在以上的说明中，说明了 AP进行发送，MIMO通信装置1300进行接收的情况，即通常称为下行线路或下行链路(downlink)的通信。在上述的例子中，表示AP从两个天线发送两个流，PC利用三个以上的天线接收的、下行MIMO通信。
在上行线路(上行链路，uplink)也能够实现这样的MIMO通信。也就是iJL，MIMO通信装置100利用两个天线发送两个流，AP利用三个天线来接收。此时，MIMO调制解调单元105从设置在MIMO通信装置100的三个以上的天线的组合(在上述的例子中，该组合由两个天线构成)中选择任意的组合，并通过该选择出的组合所包含的天线，发送调制信号即可。另外，MIMO调制解调单元105既可以z使该选^奪出的组合例如在一个通信中固定^f匕，也可以基于上述的天线的选择标准，自适应地变更用于发送的天线组合。
另外，在实施方式2中，说明了 MIMO通信装置为便携式PC的情况。然而，MIMO通信装置并不限于便携式PC，也可以为折叠式移动电话和膝上(laptop)型PC等。
这样，根据本实施方式，在MIMO通信装置1300中设置了天线元件101-1、天线元件101-2、以及与天线元件102的极化型不同的极化型的多个天线元件(天线元件1301和1302)。
根据上述的结构，即使在第一极化的接收质量因反射等影响而劣化时，也通过选择与第一极化不同的第二极化的天线元件的组合，能够防止MIMO通信的质量劣化。
2007年3月30日提交的特愿第2007-092796号的日本专利申请以及2008年3月14曰申请的特愿第2008-066193号的日本专利申请所包含的说明书、说明书附图以及说明书摘要的公开内容，全都引用于本申请。
工业实用性
本发明的MIMO通信装置，无论装置的设置位置如何，都具有能够将MIMO通信特性保持在一定程度以上的效果，作为既能够适用于搭载了无线
20LAN功能的、膝上型PC和便携式PC，也能够适用于移动电话和移动数据终
端的MIMO通信装置，极为有用。
权利要求
1.多输入多输出通信装置，包括第一天线元件和第二天线元件，设置的位置在一条直线上；第三天线元件，设置在所述直线以外的位置；以及多输入多输出调制解调单元，与所有的所述天线元件连接。
2. 如权利要求1所述的多输入多输出通信装置，还包括 第一壳体，设置所述第一天线元件和所述第二天线元件；以及 第二壳体，设置所述第三天线元件。
3. 如权利要求1所述的多输入多输出通信装置，还包括第 一壳体，具有用于显示通过所述多输入多输出调制解调单元对接收信 号进行解调所得的信息的显示单元；以及 第二壳体，设置所述第三天线元件，所述第一天线元件和所述第二天线元件设置在所述显示单元所具有的显 示画面的上侧的、所述第一壳体的上边部，所述第三天线元件设置在所述第二壳体的周边部。
4. 如权利要求3所述的多输入多输出通信装置，所述第一天线元件和所述第二天线元件设置在所述第一壳体的上边部的 两端。
5. 如权利要求3所述的多输入多输出通信装置，所述第 一天线元件和所述第二天线元件设置在所述第 一壳体的上边部的 中央和一端。
6. 如权利要求3所述的多输入多输出通信装置， 所述第二壳体具有键操作部，所述第三天线元件设置在所述键操作部的操作面的上侧的、所述第二壳 体的上边部。
7. 如权利要求3所述的多输入多输出通信装置， 所述第二壳体具有键操作部，所述第三天线元件设置在所述键操作部的操作面的下侧的、所述第二壳 体的下边部。
8. 如权利要求7所述的多输入多输出通信装置，所述第三天线元件设置在所述第二壳体的下边部的中央。
9. 如权利要求6所述的多输入多输出通信装置，还包括 第四天线元件，设置在所述第二壳体的下边部的中央。
10. 如权利要求l所述的多输入多输出通信装置，所述第一天线元件、所述第二天线元件以及所述第三天线元件的极化为 直线极化。
11. 如权利要求1所述的多输入多输出通信装置，所述第一天线元件、所述第二天线元件以及所述第三天线元件的极化为圓极化。
12. 如权利要求1所述的多输入多输出通信装置，还包括 多个天线元件，其极化型与所述第一天线元件、所述第二天线元件以及所述第三天线元件的极化型不同。
13. 如权利要求1所述的多输入多输出通信装置，还包括 第四天线元件，配置在所述直线上，其极化型与所述第一天线元件、所述第二天线元件以及所述第三天线元件的极化型不同；以及第五天线元件，设置在所述直线以外的位置，其极化型与所述第四天线 元件的极化型相同。
14. 如权利要求1所述的多输入多输出通信装置， 所述多输入多输出调制解调单元从所述第一天线元件、所述第二天线元件以及所述第三天线元件的组合中选择任意的组合，并通过该选4奪出的组合 所包含的天线元件，发送调制信号。
15. 如权利要求3所述的多输入多输出通信装置，所述多输入多输出调制解调单元从所述第一天线元件、所述第二天线元 件以及所述第三天线元件的组合中选择任意的组合，并通过该选择出的组合 所包含的天线元件，发送调制信号。
全文摘要
公开了MIMO通信装置，无论装置的设置位置如何，都可以将MIMO通信特性保持在一定程度以上。在MIMO通信装置(100)中，在一条直线上设置作为第一天线元件和第二天线元件的天线元件(101-1和101-2)，在该直线以外的位置设置作为第三天线元件的天线元件(102-1)或天线元件(102-2)，MIMO调制解调单元(105)与所有的天线元件连接。由此，无论怎样设置MIMO通信装置(100)对通信对方的设置位置，都一定存在MIMO通信装置(100)与该通信对方之间的传播路径的信道估计矩阵的矩阵式不为0的天线的组合。其结果，能够实现无论装置的设置位置如何，都可以将MIMO通信特性保持在一定程度以上的MIMO通信装置。
文档编号H01Q1/44GK101641828SQ20088000977
公开日2010年2月3日 申请日期2008年3月28日 优先权日2007年3月30日
发明者中川洋一, 浮穴真人, 深川隆 申请人:松下电器产业株式会社