携帯電話の電波が弱いですか?アンテナの手入れが必要です。

正確なアンテナ調整により、スマートフォンは新しいテクノロジーと新しいスペクトル リソースを活用できるようになります。

初めて携帯電話を使って電話をかけるときにアンテナを引き出したときのことを覚えていますか?アンテナの設計は過去 25 年間で携帯電話に革命をもたらしました。 2G から 3G、そして LTE に移行するにつれて、リンク バジェットは段階的に 10dB 削減されました。

ネットワークが劇的に改善されるにつれて、消費者からのフィードバックをあまり受けずに携帯電話のアンテナのパフォーマンスを低下させることが可能になったというのは衝撃的ですが事実です。

これには、延長アンテナの廃止、金属製ホルダーの電話ケース、マルチキャリア アンテナ、キャリア アグリゲーション、ライセンス支援アクセス、マルチ入力/マルチ出力アンテナ テクノロジー (MIMO)、アンテナ フォーム ファクター、市場投入までの時間に対するプレッシャーなど、さまざまな要因が関係しています。

政府機関はアンテナ ポートをテストしてコネクタがあるかどうかを確認し、通信事業者は通常「自由空間」環境でテストを実行するため、ほとんどのユーザーはアンテナのパフォーマンスの低下に気づきません。

CTIA 認証には、かなり最適化された条件下での自由空間テストが必要です。動的パフォーマンステストで使用されるハンドグリップは、実際の「ハンドグリップ」とは異なります。実際の手を使用することでシミュレーションのパフォーマンスが低下するのを避けるために、テスト中にフォームを使用して手をグリップから分離します。

図1: 携帯電話は外部アンテナから内部アンテナに切り替わり、アンテナ効率が低下しました。

アンテナ性能の 25 年間の変化は逆方向に転じ始めており、携帯電話メーカーは、携帯電話ユーザーに多大なメリットをもたらす可能性のある、総放射電力と全体的な感度の向上に特化した新しい技術に投資していることがわかります。

アンテナダイバーシティ

メインアンテナの調整に加えて、端末にダイバーシティアンテナを追加すると、電話のパフォーマンスが向上する場合があります。現在、ほとんどのスマートフォンは LTE の 2x2 MIMO を使用しているため、LTE バンドは 2 番目のアンテナを追加して設計されています。

実際、LTE 規格では、受信機ダイバーシティまたは MIMO 用に 2 番目のアンテナを使用して、現在のチャネル条件に適したモードを選択できます。

このコンセプトをさらに一歩進めて、Google Pixel や Samsung Galaxy S7 などのいくつかの携帯電話では、主要な LTE バンドで 4 つのアンテナが使用され、オプションの 4 方向受信機ダイバーシティと 4x4 MIMO がサポートされるようになりました。空きスペースで携帯電話のパフォーマンスをテストしたところ、スループットの向上は目立ちませんでした。

現実世界では、電話をかけるために携帯電話の金属ケースを手で持つと、追加のアンテナがスループットに大きな影響を与える可能性があります。一部のベンダーのテストでは、スループットが 60% 以上増加したことが記録されています。

モバイル通信事業者は、一部の基地局に 4x4 MIMO を導入し始めていますが、それを装備する能力はどこでも利用できるわけではありません。したがって、私たちは、あらゆる状況で携帯電話が最高のパフォーマンスを発揮するように設計された、4x4 MIMO 操作、つまり 4 方向受信機ダイバーシティを可能にするダイバーシティ スイッチを備えたスマートフォン アーキテクチャを構想しています。

チューニング機能

絞りチューニングは 10 年前に導入され、700 MHz から 960 MHz までの複数の周波数帯域をカバーする、あらゆるスマートフォンの標準機能になりました。今日のほとんどのスマートフォンでは、アンテナの長さを変えるとスイッチとして機能し、共振周波数が 1 つの帯域から別の帯域にシフトします。一部の携帯電話では、共振周波数を変更するために MEMS デバイスが使用されています。

周波数チューニング機能に加えて、現在 100 を超えるスマートフォン モデルにインピーダンス マッチング チューニングが搭載されており、周波数チューニングが携帯電話に与える影響を軽減するように設計されています。閉ループインピーダンスマッチングチューニングにより、放射電力損失性能を 4dB 以上回復できるため、携帯電話ユーザーにメリットをもたらします。

たとえば、携帯電話のバッテリーは 1 日あたり 1 時間長く持続します。 TDDリンクのアップリンク制限により、携帯電話はより安定したデータ通話を行うことができます。そのため、TRPリンクを使用すると、携帯電話のパフォーマンスが4dB回復し、LTEリンクの安定性が大幅に向上します。データスループットが向上し、信号品質が向上するため、アップリンクとダウンリンクの両方にメリットがあります。

図2: 携帯電話間のミスマッチ損失は閉ループチューニングによって排除できる

キャリアアグリゲーション (CA)

多くの人は、特にキャリア アグリゲーションが「低-低」バンドの組み合わせまたは「高-高」バンドの組み合わせに実装されている場合、アンテナ チューニングはキャリア アグリゲーションと互換性がないと考えています。

ただし、現在使用されているクローズドループチューニングはさまざまな状況に適応でき、モバイルの専門家は、インピーダンスマッチングチューニングとアパーチャチューニングは「低低」CA状況でも採用できると予測しています。

CA の進化における次のステップは、モデムがチューニング設定を広帯域に合わせる必要があるか狭帯域に合わせる必要があるかを選択することです。

キャリア アグリゲーションには複数のライセンス バンドを含めることができ、LAA、3.5GHz ブロードバンド ワイヤレス サービス、およびその他のバンドも含めることができることに注意してください。ライセンスバンドとライセンスなしバンドの混合が増えると、CA アルゴリズムは非常に複雑になる可能性があります。

今後どのように発展していくのでしょうか？

業界モデルは変化し始めています。 10 年前、携帯電話の OEM はユーザーが選択した特定のアンテナを認識するのが苦手でしたが、それを修正するために携帯電話 1 台あたり 2 ドルを費やすつもりはありませんでした。

現在、OEM 携帯電話メーカーは、この問題を解決するためにチューニングを積極的に使用することを選択しています。ソリューションは簡素化され、「システム化」され、以前よりもコストが大幅に削減されました。新しい携帯電話では、ダイバーシティとチューニングを組み合わせて、日常使用で 4dB の改善が得られ、場合によっては 10dB の改善も得られます。

図3: システム閉ループ設計はブロードバンド性能の向上にも適応可能

オークションにより600MHz帯がモバイル通信に利用可能になった場合、アンテナ性能の問題はさらに深刻化すると予想されます。同じ長さのアンテナの場合、低い周波数で動作させると、動作波長が長くなるため、アンテナの電気的サイズは小さくなります。その結果、アンテナの効率が低下し、システム エンジニアは電気損失を減らすために、より狭い共振アンテナを使用する必要があります。 600MHz 帯域は、市場参入のために 700MHz 帯域または 850MHz 帯域と統合する必要があるため、動的な環境で複数の帯域に最適化できる、より複雑な「システム化された」チューナーを使用する必要があります。

重要なのは、アンテナを単なるコンポーネントではなく、システムとして考えることです。携帯電話の OEM は数十の周波数帯域を扱っており、製品は無数の周波数を組み合わせるように設計されています。よりスマートなアンテナ調整を見つけることは複雑な問題です。

高度な閉ループアンテナアルゴリズムを実装するモデムベンダーは、携帯電話からさらに高いパフォーマンスを引き出すことができるようになります。これは技術的な詳細ではありませんが、大きな影響があります。クローズドループチューニングにより、携帯電話のパフォーマンスを実質的に 2 倍にすることができます。これにより、携帯電話ユーザーのバッテリー寿命が長くなり、データ速度が向上します。

Joe Madden 氏は、Mobile Experts LLC の主席アナリストです。 Madden は当社の予測のためのビジネス分析を提供し、半導体セクターの調査を実施しています。

彼は 26 年以上にわたってモバイル通信分野で働いており、その間、デジタル プリディストーション、リモート無線ヘッド、スモール セル ネットワーク、モバイル IT 市場の台頭を正確に予測しました。彼は、モバイルおよびケーブル TV 事業者やハードウェア ベンダーとアイデアを検証し、ビジネス モデルとテクノロジーをマッチングさせます。彼はスタンフォード大学で経済学を学び始めましたが、後にカリフォルニア大学ロサンゼルス校（UCLA）で物理学の学位を取得しました。

今日頭条の青雲計画と百家曼の百+計画の受賞者、2019年百度デジタル著者オブザイヤー、百家曼テクノロジー分野最人気著者、2019年捜狗テクノロジー文化著者、2021年百家曼季刊影響力のあるクリエイターとして、2013年捜狐最優秀業界メディア人、2015年中国ニューメディア起業家コンテスト北京3位、2015年光芒体験賞、2015年中国ニューメディア起業家コンテスト決勝3位、2018年百度ダイナミック年間有力セレブなど、多数の賞を受賞しています。