JP2005341440A - 無線送信装置及び無線受信装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】無線信号の受信特性の向上が図れる無線通信システムを提供する。
【解決手段】送信装置では、データフィールドをパンクチャード符号化する際に削除するビット数を、データフィールド内に挿入すべき補足ビット数分減じ、受信装置では、符号化処理及びパンクチャ処理の施された第1のデータ系列と符号化処理及びパンクチャ処理のうち符号化処理のみ施された第2のデータ系列を含むデータフィールドを含むフレーム信号を受信すると、第1のデータ系列にはダミービットを挿入した後、当該ダミービットの挿入された第1のデータ系列及び第2のデータ系列を復号する。
【選択図】 図3

Description

本発明は、無線通信システムに関し、特に可変長の送信データに対応する無線フレームの生成方法に関する。
高速な無線通信を可能とする標準規格としてIEEE802.11aと称される無線通信規格がある。これは20MHzの周波数帯域幅を有する無線チャネルを用いて無線通信を行う規格であり、最大で54Mbpsの通信速度を得ることが可能である。
IEEE802.11aでは無線伝送方式として直交周波数分割多重(OFDM)が適用されている。これは複数の狭帯域周波数成分(サブキャリア)においてシンボルが形成され、複数のシンボルにより無線フレームが形成される。IEEE802.11aに適用される無線フレームは、図1に示すようにPreambleフィールド、Signalフィールド、Dataフィールドを含む。PreambleフィールドはShort Preamble及びLong Preambleフィールドと称されるシステム固有のシンボルを含み、受信装置において、同期処理及び伝送路推定処理等に利用される。SignalフィールドはRate及びLengthフィールド等を含み、受信装置に対して当該無線フレームの伝送レートや長さを通知する目的で利用される。DataフィールドはService、PSDU、Tail及びPaddingフィールドを含み、送信データはPSDUに割当てられる。
ここで、Paddingフィールドは図2に示すように当該無線フレームの最後のシンボルにおいて、割当て可能なデータビット数に対して送信するデータビット数が満たない場合に、当該シンボルの全てのサブキャリアに対してデータビットが割当てられるよう補う目的で利用されている。この時Paddingフィールドに割当てられるビット数NPADは、次式(1)から算出することができる(非特許文献1参照)。
Figure 2005341440
例えばNDBPS=216bitの場合、送信データのビット数DDATAが130Byteのときには、NPAD=18bitのPaddingフィールドが付加されることになる。
IEEE802.11a "Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) specifications", P15(17.3.5.4)
ところで、近年の高速無線通信に対する要求から、送信装置及び受信装置に複数のアンテナを有し、無線信号を空間的に多重化することで高速化を実現するMIMO(Multi Input Multi Output)と称される技術が注目されている。上述した従来技術をMIMOが適用された無線通信システムに適用する場合、Paddingフィールドに割当てられるビット数NPADは、次式(2)を用いて算出することができる。
Figure 2005341440
なお、式(1)、式(2)において、「ceil」は除算結果の少数点以下を切り上げることを意味している。
例えば、NANT=4、NDBPS=216bitの場合、送信データのビット数DDATAが130Byteのときには、666bitのPaddingフィールドが付加されることになる。
これは、上述したMIMOが適用された無線通信システムに適用する場合、Paddingフィールドに割当てられるビット数が増加し、送信データのビット数に対するPaddingフィールドのビット数の割合も増加する傾向にあることを意味している。Paddingフィールドは本来何ら意味を持たないフィールドであり、このようなフィールドが増加することは無線通信の効率を考慮した場合、決して好ましい状態ではない。
そこで、本発明は、無線フレームの最後のシンボルに割当て可能なデータビット数に対して送信するデータビット数が満たない場合に、これを補う目的で送信データの冗長性や誤り耐性を増大させることで、当該無線フレームの受信特性を向上させることを可能にする無線通信システムを提供することを目的とする。
(1)本発明は、データフィールド内に挿入すべき補足ビット数を求める手段と、前記データフィールドをパンクチャード符号化する符号化手段とを有し、パンクチャード符号化されたデータフィールドを含むフレーム信号を送信する無線送信装置において、前記符号化手段は、前記パンクチャード符号化により削除するビット数を前記補足ビット数分減じる手段を具備する。
本発明の無線受信装置は、符号化処理及びパンクチャ処理の施された第1のデータ系列と前記符号化処理及び前記パンクチャ処理のうち前記符号化処理のみ施された第2のデータ系列を含むデータフィールドを含むフレーム信号を受信する手段と、前記第1のデータ系列にダミービットを挿入する手段と、前記ダミービットの挿入された第1のデータ系列と前記第2のデータ系列を復号する復号手段とを具備する。
フレーム信号中のデータフィールドに挿入すべき補足ビット(パディングビット)数分、パンクチャされるビット数を減少させることで、(データに対する冗長性を増加させて)、当該フレーム信号の受信特性の向上が図れる。
(2)本発明は、データフィールド内に挿入すべき補足ビット数を求める手段と、前記データフィールドに前記補足ビット数の補足ビットを挿入する挿入手段と、前記挿入手段で前記補足ビットの挿入されたデータフィールドをパンクチャード符号化する符号化手段と、パンクチャード符号化されたデータフィールドを含むフレーム信号を送信する手段とを有する無線送信装置において、前記挿入手段は、前記パンクチャード符号化により削除されるビットが前記補足ビットとなるように前記データフィールド内に前記補足ビットを挿入する。
データフィールド内のデータ中のパンクチャード符号化により除去されるビット位置に補足ビットを挿入した後、パンクチャード符号化を行うことにより、必要な情報を含むデータ内からパンクチャード符号化により除去されるビット数を抑えることができる。その結果、このようなフレーム信号の受信特性の向上が図れる。
(3)本発明の無線送信装置は、データフィールド内に挿入すべき補足ビット数を求める手段と、前記データフィールド内のデータの前記補足ビット数分のコピーを当該データフィールドに挿入する挿入手段と、前記挿入手段で前記コピーの挿入されたデータフィールドをパンクチャード符号化する符号化手段と、パンクチャード符号化されたデータフィールドを含むフレーム信号を送信する手段とを具備する。
パンクチャード符号化されたデータフィールドを含むフレーム信号を受信する無線受信装置は、前記データフィールドの補足ビット数を求める手段と、前記データフィールドを、前記データフィールドに含まれる前記補足ビット数分のコピーを用いて復元する手段とを具備する。
データフィールド内のデータの一部のコピーをパディングビット数分データフィールド内に挿入した後、パンクチャード符号化を行うことにより、必要な情報を含むデータ内からパンクチャード符号化により除去されるビット数を抑えることができる。その結果、当該フレーム信号の受信特性の向上が図れる。
(4)本発明の無線送信装置は、データフィールドをパンクチャード符号化する符号化手段と、パンクチャード符号化されたデータフィールドに挿入すべき補足ビット数を求める手段と、パンクチャード符号化されたデータフィールドを含むフレーム信号を変調する変調手段と、変調されたフレーム信号を送信する手段とを有し、前記変調手段は、前記パンクチャード符号化されたデータフィールド内の前記補足ビット数に応じて、所定のデータを相対的に誤り耐性の大きい変調方式で変調する。
パンクチャード符号化されたデータフィールドを含むフレーム信号を受信する手段と、前記データフィールドの補足ビット数を求める手段と、前記フレーム信号中の前記データフィールドを復調する復調手段と、復調された前記データフィールドにダミービットを挿入して復号する復号手段とを具備した無線受信装置の前記復調手段は、前記データフィールドの前記補足ビット数に応じて、所定のデータを相対的に誤り耐性の大きい変調方式で復調する。
データフィールド内にパディングフィールドを付加する代わりにデータフィールド内の一部のデータに対する変調方式を、それ以外の部分の変調方式よりも誤り耐性の大きい変調方式とすることで、データフィールド内のデータに対する誤り耐性を大きくすることができる。その結果、このようなフレーム信号の受信特性の向上が図れる。
(5)本発明は、データフィールドをパンクチャード符号化する符号化手段と、パンクチャード符号化されたデータフィールドを変調する変調手段と、変調されたデータフィールドを含むフレーム信号を送信する手段とを有する無線送信装置であって、パンクチャード符号化されたデータフィールドに挿入すべき補足ビット数を求める手段と、パンクチャード符号化されたデータフィールド内の前記変調手段での変調により相対的に誤り耐性の小さくなる各ビット位置に、前記補足ビット数分の補足ビットをそれぞれ挿入する挿入手段とを具備し、前記変調手段は、前記補足ビットの挿入された前記パンクチャード符号化されたデータフィールドを含むフレーム信号を変調する。
無線受信装置は、変調されたデータフィールドを含むフレーム信号を受信する受信手段と、前記データフィールドを復調する復調手段と、復調されたデータフィールドから相対的に誤り耐性の小さくなる各ビット位置に挿入された補足ビットを削除する手段とを具備する。
パンクチャード符号化データ内の、多値変調後に相対的に誤り耐性が小さくなるビット位置に、情報としての意味をもたないパディングビットを挿入した後に変調を行うことで、データフィールド内の情報として意味をもつデータが、比較的誤り耐性の小さい位置に配置されることが抑制でき、データフィールド内のデータに対する誤り耐性を大きくすることができる。その結果、このようなフレーム信号の受信特性の向上が図れる。
本発明によれば、無線信号の受信特性が向上する。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
図3は、第1の実施形態に係る無線通信システムにおける送信装置の構成例を示したものであり、図4は、第1の実施形態に係る無線通信システムにおける受信装置の構成例を示したものである。
図3の送信装置は、アンテナ301、無線処理部302、変調処理部303、パンクチャ処理部304、符号化処理部305、誤り検出符号付加部306、送信バッファ307、制御部308、位置決定部309、補足ビット計算部310を含む。
図4の受信装置は、アンテナ401、無線処理部402、復調処理部403、デパンクチャ処理部404、復号処理部405、誤り検出処理部406、受信バッファ407、制御部408、位置決定部409、補足ビット計算部410を含む。
図3の送信装置及び図4の受信装置は各々以下のように動作する。送信データ(図1のPSDUフィールドのデータ系列)は制御部308より送信バッファ307に入力されて一時的に記憶される。所定のタイミングにより送信データは誤り検出符号付加部306に入力され、例えばCRC符号等の誤り検出符号が付加され、符号化処理部305へ入力される。符号化処理部305は入力されたデータに対して畳み込み符号化等の所定の符号化処理を行う。所定の符号化率により符号化されたデータはパンクチャ処理部304へ入力される。パンクチャ処理部304は入力されたデータに対して所定のパンクチャード符号化率により決定されるビット消去パターン(ビットマップパターンとも呼ぶ)に基づき、規則的にビットを除去するパンクチャ処理を行い、その結果を変調処理部303へ入力する。変調処理部303は入力されたデータに対し、所定の変調方式により変調を行う。変調された送信データは無線処理部302へ入力される。無線処理部502は入力されたデータに対して、D/A変換、直交変調、アップコンバード、帯域制限、電力増幅等の所定の無線処理を行って、無線信号を生成する。当該無線信号はアンテナ301より無線通信路へ送信される。
なお、以下の説明において、符号化処理部305での畳み込み符号化等の符号化処理と、パンクチャ処理部304でのパンクチャ処理(パンクチャード処理)とを合わせて、パンクチャード符号化処理と呼ぶ。図1のSarviceフィールドとPSDUフィールドとTailフィールドを含むDataフィールド(ここには、パディングフィールドは含まれていない)が、パンクチャード符号化される。
制御部308は補足ビット計算部310に対して、送信データのビット数、変調方式、符号化率、パンクチャード符号化率を通知する。補足ビット計算部310はこれらの値を用いて、例えば、アンテナが1つのみの場合には式(1)、複数のアンテナを用いる場合には式(2)を用いて、当該送信データを含む無線フレームに対して不足しているビット数、すなわちパディングビット数(補足ビット数)を決定し、当該パディングビット数を位置決定部309へ通知する。位置決定部310は通知されたパディングビット数に基づき、パンクチャ処理を行うデータの範囲を決定し、パンクチャ処理部304へ通知する。
なお、送信データのビット数は、図1のシグナルフィールドのLengthフィールドに書き込まれて受信装置へ通知され、変調方式や符号化率、パンクチャード符号化率を通知するための情報も同じく図1のシグナルフィールのRateフィールドに書き込まれて受信装置へ通知される。Rateフィールドに書き込まれている伝送レートにより、変調方式と符号化率及びパンクチャード符号化率が定まる。ただし、符号化率については一般的にシステム固有に設定されている。
送信装置から送信された無線信号は受信装置のアンテナ401にて受信され、無線処理部402に入力される。無線処理部402は入力された無線信号に対して帯域制限、ダウンコンバート、直交復調、A/D変換等の所定の無線処理を行い、その結果得られるデータは復調処理部403へ入力される。復調処理部403は入力されたデータに対して、同期処理、伝搬路推定処理及び所定の復調方式により復調処理を行い、復調されたデータをデパンクチャ処理部404へ入力する。デパンクチャ処理部404は、所定のパンクチャード符号化率により決定されるビット消去パターン(ビットマップパターン)に従って、消去されたビット位置にダミービットを挿入し、結果を復号処理部405へ入力する。復号処理部405は入力されたデータに対してビタビ復号等の所定の復号処理を行い、復号されたデータを誤り検出処理部406へ入力する。誤り検出処理部406は入力されたデータに対して誤り検出処理を行い、誤り検出結果を制御部へ通知すると共に、受信データを受信バッファ407へ入力する。受信データは受信バッファ407に一時的に記憶され、所定のタイミングにより制御部408へ出力される。
なお、受信装置では、図1のIEEE802.11aの無線フレームを受信すると、まず、当該無線フレームのうち、先頭からSignalフィールドまでを復調・復号した結果が先に制御部408に入力され、制御部408は、Signalフィールドなどに含まれている情報を基に、上記各部を制御して、当該無線フィールド内のDataフィールドを復号するようになっている。すなわち、制御部408は、Signalフィールド内のLengthフィールドや、Rateフィールド内の情報から、当該無線フィールド内のDataフィールドに含まれるデータ系列(送信データ)のビット数、変調方式、符号化率、パンクチャード符号化率を認識して、それを補足ビット計算部410に対して通知する。ただし、符号化率については一般的にシステム固有に設定されている。
補足ビット計算部410はこれらの値を適用して、例えば式(1)、式(2)を用いて、当該送信データを含む無線フレームに対して不足しているビット数、すなわちパディングビット数NPADを決定して、結果を位置決定部409へ通知する。位置決定部409は通知されたパディングビット数に基づき、パンクチャ処理が行われているデータの範囲(あるいは、パンクチャ処理が行われていないデータの範囲)を決定し、デパンクチャ処理部404へ通知する。
なお、送信装置の制御部308は、無線処理部302、変調処理部303、パンクチャ処理部304、符号化処理部305、誤り検出符号付加部306、送信バッファ307を制御する。また、受信装置の制御部408は、無線処理部402、復調処理部403、デパンクチャ処理部404、復号処理部405、誤り検出処理部406、受信バッファ407を制御する。
具体的には、無線処理部302、402に対しては、適用する無線チャネルの周波数等を通知する。変調処理部303に対しては変調方式等を通知し、復調処理部403に対しては変調方式及び復調方法等を通知する。パンクチャ処理部304に対してはパンクチャード符号化率を通知し、デパンクチャード処理部404に対してはパンクチャード符号化率を通知する。符号化処理部305に対しては符号化方式及び符号化率等を通知し、復号処理部405に対しては復号方式及び符号化率等を通知する。
続いて、図5を参照して、図3の符号化処理部305及びパンクチャ処理部304の動作について説明する。
図5では、符号化処理部305及びパンクチャ処理部304をそれぞれ、「Encorder」、「Puncture」と示している。
ここでは、符号化処理部305における符号化率をR(enc)=1/2、パンクチャ処理部304におけるパンクチャード符号化率をR(punc)=3/4としている。NBitのデータは符号化処理部305に入力され、所定の符号化方式により符号化され、N/R(enc)すなわち2NBitの符号化データとして出力される。2Nビットの符号化データはパンクチャ処理部304に入力され、パンクチャ処理部304においてN(num)/R(enc)=6Bit単位にブロック化され、R(punc)=3/4の所定のビット消去パターン(図5では、ビットマップパターン(Bit Map Pattern))によりパンクチャ処理が行われる。なお、N(num)はR(punc)の分子の値である。
ここで、図5に示したビットマップパターンでは、「1」で示されたビットは出力し、「0」で示されたビットを消去するとしている。これにより所定の符号化率R(punc)=3/4にてパンクチャード符号化されたN/R(punc)すなわち4N/3Bitのデータが出力される。
パンクチャード符号化率R(punc)が3/4の場合、符号化率1/2の畳み込み符号化データ6ビットのうち2ビットを削除されるから、ここでは、6ビットを1ブロックとしている。
続いて、図6を参照して図4に示したデパンクチャ処理部404及び復号処理部405の動作について説明する。なお、図6では、復号処理部405及びデパンクチャ処理部404をそれぞれ、「Decorder」、「DePuncture」と示している。
ここでは復号処理部405における符号化率をR(dec)=1/2、デパンクチャ処理部404におけるパンクチャード符号化率をR(depunc)=3/4としている。4N/3Bitのパンクチャード符号化されたデータはデパンクチャ処理部404に入力される。デパンクチャ処理部404では、N(den)=4Bit単位にブロック化され、R(debunc)=3/4の所定のビットマップパターンの「0」で示されるビットに対してダミービットが挿入され、N/R(dec)すなわち2NBitの符号化データが出力される。2NBitの符号化データは復調処理部405に入力され、所定の復号方式により復号されNBitの受信データとして出力される。
続いて、図7を参照して、図3、図4に示した位置決定部309、409の動作について説明する。まず、位置決定部309について説明する。位置決定部309には、補足ビット計算部310で算出された、送信データを含む無線フレームに対して不足しているビット数、すなわち、パディングビット数Npad及びパンクチャード符号化率により決定される(当該パンクチャード符号化率のビットマップパターンで示されている)、1ブロック内で消去されるビット数Npunc per blockが入力される。
そして、これらを用いて、次式(3)により、NpadをNpunc per blockで除することにより、パンクチャ処理を行わないブロック数Nnp blockを算出する。
Figure 2005341440
パンクチャード符号化率R(punc)が3/4の場合、符号化率1/2の畳み込み符号化データ6ビットのうち2ビットを削除されるから、1ブロック内で消去されるビット数Npunc per blockは「2」となる。
位置決定部309は、当該算出された、パンクチャ処理を行わないブロック数Nnp block、さらに、その位置(パンクチャ処理を行わない範囲)をパンクチャ処理部304へ通知する。
位置決定部309で決定される、パンクチャ処理を行わないブロック(パンクチャ処理を行わない範囲)は、図7に示すように、例えば3通りある。なお、図7では、Nnp blockをN(np)と表し、送信データ内の全ブロック数をN(all)と表している。
図7(1)では、送信データの先頭からNnp block個のブロックをパンクチャ処理を行わない範囲とし、パンクチャ処理を行わないようにする場合を示している。図7(2)では、送信データの最後部からNnp block個のブロックをパンクチャ処理を行わない範囲とし、パンクチャ処理を行わないようにする場合を示している。図7(3)では、送信データ内において所定間隔おきにパンクチャ処理を行わないブロックを設け、パンクチャ処理を行わないブロックが全部でNnp block個とする場合を示している。
図7に示すように、パンクチャ処理部304は、パンクチャ処理を行わない範囲を除いてパンクチャ処理を行うよう動作する。
位置決定部409には、補足ビット計算部410で算出された、受信データを含む無線フレームに対して不足しているビット数Npad及びパンクチャード符号化率により決定される(当該パンクチャード符号化率のビットマップパターンで示されている)、1ブロック内で消去されるビット数Npunc per blockが入力される。そして、上記位置決定部309と同様に、パンクチャ処理を行わないブロック数Nnp blockを算出し、図7に示したようなパンクチャ処理を行わないブロック数Nnp block及びその位置(パンクチャ処理を行わない範囲)をパンクチャ処理部304へ通知する。デパンクチャ処理部404は、パンクチャ処理が行われていない範囲を除いてデパンクチャ処理を行うよう動作する。
以上説明したように、上記第1の実施形態に係る送信装置では無線フレームを生成する際には、当該無線フレーム中のDataフィールド内にパディングフィールドを付加する代わりに、当該Dataフィールド内のパンクチャード符号化により消去するビット数を減少させる。その結果、このような無線フレームを受信する上記受信装置の復号処理部405において、高精度に復号が行え、受信特性の向上が図れる。
(第2の実施形態)
図8は、第2の実施形態に係る無線通信システムにおける送信装置の構成例を示したものであり、図9は、第2の実施形態に係る無線通信システムにおける受信装置の構成例を示したものである。なお、図8、図9では、図3、図4と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。すなわち、図8の送信装置では、図3の位置決定部309に代えて、パンクチャード符号化処理前のデータフィールド内に補足ビットを挿入するための補足ビット挿入部809が新たに追加されている。また、図9の受信装置では、図4の位置決定部409に代えて、復号処理部405からの出力データから、送信装置により挿入された補足ビットを取り除くための補足ビット抽出部909が新たなに追加されている。
図8の補足ビット挿入部809には、補足ビット計算部310で算出されたパディングビット数及びパンクチャード符号化率が入力され、当該パンクチャード符号化率に対応するビットマップパターンに基づき、誤り検出符号付加部306から符号化処理部305へ入力されるデータ(図1のDataフィールド内のPaddinngフィールドを除く、ServiceフィールドからTailフィールドまでのデータ)中に、所定の規則に従って補足ビットを挿入する。挿入する補足ビットの総数は、補足ビット計算部310で算出されたパディングビット数に等しい。なお、パディングビットは情報として意味を持たないデータであり、一般的には「0」が挿入されるから、ここでは、補足ビットとして「0」を挿入するものとする。
好ましくは、補足ビット挿入部809では、パンクチャ処理部304で、符号化処理部305から出力される畳み込み符号化データから除去されるビットが上記補足ビットであるように、誤り検出符号付加部306から出力されるデータに補足ビットを挿入する。
図9の補足ビット抽出部909には、補足ビット計算部410で算出されたパディングビット数及びパンクチャード符号化率が入力され、当該パンクチャード符号化率に対応するビットマップパターンに基づき、復号処理部405からの出力データから、図8の送信装置により挿入されている補足ビット(すなわち、「0」)を抽出する。
次に、図10を参照して、図8の補足ビット挿入部809の動作について説明する。なお、図10では、補足ビット挿入部809は、「Padding Bit Insertion」と表している。また、補足ビット計算部310で算出されたパディングビット数Npadは、N(pad)と、パンクチャード符号化率をR(punc)と表している。
図10に示すように、補足ビット挿入部809に対しては、補足ビット計算部310で計算されたパディングビット数N(pad)及び、Dataフィールド内のデータに対するパンクチャード符号化率R(punc)が入力される。
補足ビット挿入部809はR(punc)に対応するビットマップパターンに基づき、パンクチャ処理が行われる単位ブロック数及び除去されるビット位置を決定する。
図10では、パンクチャード符号化率R(punc)=3/4の場合の補足ビット挿入部809での補足ビットの挿入方法を3通り示している。この場合、ビットマップパターンは、図5に示すように、連続する3ビットのうちの2及び3ビット目である。また、ここでは、連続する3ビットが符号化処理部305で6ビットとなり、パンクチャ処理部304のパンクチャ処理により2ビットが取り除かれる。従って、符号化処理部305に入力するデータの連続する3ビットのうち後2ビットが補足ビットとなるように補足ビットを挿入すると、パンクチャ処理により取り除かれるビットは補足ビットとなる。図10(1)には、誤り検出符号付加部306から出力されるデータの先頭から、図10(2)では、誤り検出符号付加部306から出力されるデータの最後部から、図10(3)では、誤り検出符号付加部306から出力されるデータに等間隔に補足ビットを挿入する場合を示している。
以上説明したように、上記第2の実施形態に係る送信装置では無線フレームを生成する際には、当該無線フレーム中のDataフィールド内にパディングフィールドを付加する代わりに、当該Dataフィールド内(ServiceフィールドからTailフィールド)のデータ中のパンクチャード符号化により除去されるビット位置に補足ビットを挿入した後、符号化処理部305及びパンクチャ処理部304でパンクチャード符号化を行うことにより、必要な情報を含むデータ内からパンクチャード符号化により除去されるビット数を抑えることができる。その結果、このような無線フレームを受信する上記受信装置の復号処理部405において、高精度に復号が行え、受信特性の向上が図れる。
(第3の実施形態)
図11は、第3の実施形態に係る無線通信システムにおける送信装置の構成例を示したものであり、図12は、第3の実施形態に係る無線通信システムにおける受信装置の構成例を示したものである。なお、図11、図12では、図3、図4と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。すなわち、図11の送信装置では、図3の位置決定部309はなく、その代わり、誤り符号付加部306と符号化処理部305との間にビット複製部1109が挿入され、補足ビット計算部310で算出されたパディングビット数などがビット複製部1109に入力するように接続されている。また、図12の受信装置では、図4の位置決定部409はなく、その代わりに復号処理部405と誤り検出処理部406の間にビット復元部1209が挿入され、補足ビット計算部410で算出されたパディングビット数などがビット複製部1209に入力するように接続されている。
図11のビット複製部1109には、補足ビット計算部310で算出されたパディングビット数が入力され、誤り検出符号付加部306から出力されるデータのうちの例えばPSDUフィールド内の当該パディングビット数分のデータのコピーをPSDUフィールドの後に追加し、符号化処理部305へ出力する。
図12のビット復元部1209には、補足ビット計算部410で算出されたパディングビット数が入力され、復号処理部405から出力されるデータに対して、例えばコヒーレント加算演算を行い、送信装置のビット複製部1109で複製された、パディングビット数分のデータを復元して、誤り検出処理部406へ出力する。
次に、図13を参照して、ビット複製部1109の動作について説明する。なお、図13では、ビット複製部1109は、「Bit copy」と表している。また、補足ビット計算部310で算出されたパディングビット数Npadは、N(pad)と表している。図13に示すようにビット複製部1109には、補足ビット計算部310で算出されたパディングビット数N(pad)が入力される。
ビット複製部1109は、誤り検出符号付加部306から出力されるデータのうちの例えばPSDUフィールド内から当該パディングビット数分のデータをコピーして、当該コピーをPSDUフィールドの最後部に挿入する。あるいは、PSDUフィールド内から数ビット分のデータをコピーして、当該コピーをPSDUフィールド内の最後部に挿入する操作を挿入されたビット総数がパディングビット数N(pad)になるまで繰返す。なお、パディングビット数N(pad)を超えない限りどのように繰り返し挿入しても構わない。また、MIMOが適用されている無線通信システムにおいては、異なるアンテナから送信される各データの一部のコピーをそれぞれの無線フレーム内に挿入するようにしてもよい。
以上説明したように、上記第3の実施形態に係る送信装置では無線フレームを生成する際に、当該無線フレーム中のDataフィールド内にパディングフィールドを付加する代わりに、当該Dataフィールド内(ServiceフィールドからTailフィールド)のデータの一部のコピーをパディングビット数分Dataフィールド内に挿入した後、符号化処理部305及びパンクチャ処理部304でパンクチャード符号化を行うことにより、必要な情報を含むデータ内からパンクチャード符号化により除去されるビット数を抑えることができる。その結果、このような無線フレームを受信する上記受信装置の復号処理部405において、高精度に復号が行え、受信特性の向上が図れる。
(第4の実施形態)
図14は、第4の実施形態に係る無線通信システムにおける送信装置の構成例を示したものであり、図15は、第4の実施形態に係る無線通信システムにおける受信装置の構成例を示したものである。なお、図14、図15では、図3、図4と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。すなわち、図14の送信装置では、図3の位置決定部309の代わりに、パディングビットを付加する代わりに、Dataフィールド内の一部のデータの変調方式をより誤り耐性の大きい変調方式に変更するために、変調方式制御部1409が追加されている。また、図15の受信装置では、図4の位置決定部409の代わりに変調方式制御部1509が追加されている。
図14の変調方式制御部1409には、補足ビット計算部310からパディングビット数Npad及びパンクチャード符号化率R(punc)が入力され、次式(4)を用いて、パンクチャ処理部304から出力された、パンクチャード符号化データ(PaddingフィールドのないDataフィールド)の一部を相対的に誤り耐性の大きい変調方式で変調する場合のシンボル数、すなわち、変調方式を変更する変調シンボル数Nmod changeを算出する。なお、式(4)では、パンクチャード符号化率R(punc)をRpuncと表している。
Figure 2005341440
ここで、式(4)の説明を補足する。例えば、N(PAD)=9でR(PUNC)=3/4の場合、12ビットが不要なビットになる。これを例えば16QAMで変調する場合、1シンボル当たり4ビットを送信することができるので、3シンボルが不要なシンボルになる。不要というのは、従来だとパディングビットが挿入されていることを示す。ここで、一部のシンボルに対する変調方式をBPSKに変更した場合、1シンボル当たり1ビットを送信することになる。この時、本来なら4ビット送信するはずのシンボルが1ビットに変更されるので3ビットが浮いてしまうことになる。この浮いた3ビットが不要なシンボルを埋めていくように制御されればよい。そこで、式(4)をそのまま適用すると、変更するシンボル数は4シンボルとなる。9/(3/4)/3を計算している。16QAMで送信するはずだった4シンボルがBPSKに変更されると、(4−1)×3の12ビットが浮きます。これを不要な12ビットの代わりする。
ここでは、変調方式は変調シンボル単位のビット数を減らすように制御する。なお、Dataフィールドの変調方式は、シグナルフィールド内のRataフィールドに書き込まれている伝送レートにより定まるもである。Rataフィールドに書き込まれている伝送レートから、例えば、Dataフィールドに対する変調方式が16QAM(16値直交振幅変調)である場合には、QPSK(4層位相変調)等に変更するように制御する。この場合には、式(4)の変調方式を変更する場合の変調シンボル単位のビット数差Nmod subは、4Bit(16QAM)−2Bit(QPSK)=2Bitとなる。
変調方式制御部1409は、式(4)の計算結果、及び適用した変更後の変調方式を変調処理部303へ通知する。変調処理部303は通知された変更後の変調方式及びこれを適用する変調シンボル数に基づき、図16に示すように変調処理を行う。なお、図16では、変調処理部303は、「modulator」と表されている。ここでは、例えば、Dataフィールドに対する変調方式が16QAMである場合に、Dataフィールド内のNmod changeシンボルについてはQPSKで変調する場合を例にとり説明する。図16(1)に示すように、変調処理部303は、Dataフィールド内の先頭からNmod changeシンボルまではQPSKで変調し、それ以外は16QAMで変調する。あるいは、Dataフィールド内の最後部からNmod changeシンボルまではQPSKで変調し、それ以外は16QAMで変調する。Dataフィールド内の先頭あるいは最後部のうちどちらの変調方式を変更するかは、予め定められているものとする。
このように、送信装置の変調方式制御部1409では、パンクチャード符号化されたデDataフィールド内の補足ビット数(パディングビット数)を求め、変調処理部303では、パンクチャード符号化されたDataフィールド内の補足ビット数に応じて決定される、所定のデータを相対的に誤り耐性の大きい変調方式で変調する。例えば、Dataフィールドに対する変調方式が16QAMである場合には、当該Dataフィールドの先頭あるいは最後部の所定のデータについてはQPSKで変調し、当該Dataフィールドの他の部分は16QAMで変調する。
図15の変調方式制御部1509には、変調方式制御部1409と同様に、補足ビット計算部410で算出されたパディングビット数及びパンクチャード符号化率が入力され、式(4)を用いて、変調方式を変更する変調シンボル数Nmod changeを算出する。そして、変調方式が変更されている変調シンボル数Nmod change及び変更後の変調方式を復調処理部403へ通知する。復調処理部403は通知された変更後の変調方式及びこれを適用する変調シンボル数に基づき復調を行う。
以上説明したように、上記第4の実施形態に係る送信装置では無線フレームを生成する際に、当該無線フレーム中のDataフィールド内にパディングフィールドを付加する代わりに、当該Dataフィールド内(ServiceフィールドからTailフィールド)の一部のデータに対する変調方式を、それ以外の部分の変調方式よりも誤り耐性の大きい変調方式とすることで、Dataフィールド内のデータに対する誤り耐性を大きくすることができる。その結果、このような無線フレームを受信する上記受信装置での受信特性の向上が図れる。
(第5の実施形態)
図17は、第5の実施形態に係る無線通信システムにおける送信装置の構成例を示したものであり、図18は、第5の実施形態に係る無線通信システムにおける受信装置の構成例を示したものである。なお、図17、図18では、図3、図4と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。すなわち、図17の送信装置では、図3の位置決定部309の代わりに、パディングビットを、多値変調後に相対的に誤り耐性が小さくなるビット位置に挿入するための補足ビット挿入部1709が追加されている。また、図18の受信装置では、図4の位置決定部409の代わりに、送信装置にて挿入されたパディングビットを復調後に取り除くための補足ビット抽出部1809が追加されている。
図17の補足ビット挿入部1709は、補足ビット計算部310で算出されたパディングビット数Npad=N(pad)及びパンクチャード符号化率R(punc)が入力され、パンクチャード符号化処理後のパディングビット数N(pad)/R(punc)を求める。そして、Dataフィールドに適用される変調方式に基づき、変調シンボル内の信号点間距離が小さい各ビット位置に、パンクチャード符号化処理後のパディングビット数分のパディングビットを1ビットずつ挿入する。その後、変調処理部303で変調が行われる。
図18の補足ビット抽出部1809は、補足ビット計算部410で算出されたパディングビット数Npad=N(pad)及びパンクチャード符号化率R(punc)が入力され、パンクチャード符号化処理後のパディングビット数N(pad)/R(punc)を求める。そして、Dataフィールドに適用される変調方式に基づき、復号処理部405からの出力データより、変調シンボル内の信号点間距離が小さいビット位置に対して送信装置により挿入されているパディングビットを取り除く。
次に、図19を参照して、図17の補足ビット挿入部1709の動作について説明する。なお、図19では、補足ビット挿入部1709は、「Padding Bit Insertion」と表している。図19に示すように補足ビット挿入部1709には、パディングビット数Npad=N(pad)及びパンクチャード符号化率R(punc)が入力される。補足ビット挿入部1709は、パンクチャード符号化処理後のパディングビット数N(pad)/R(punc)を求め、変調シンボルを単位として、変調方式に基づき決定される、信号点距離の小さいビット位置に対して、求めたパディングビット数分のパディングビット「0」を挿入する。図19では、Dataフィールドに対する変調方式を16QAMとしている。図19(1)では、データフィールドの先頭から、信号点距離の小さいビット位置に対して、求めたパディングビット数分のパディングビット「0」を挿入する場合を示している。図19(2)では、データフィールドの最後部から、信号点距離の小さいビット位置に対して、求めたパディングビット数分のパディングビット「0」を挿入する場合を示している。
以上説明したように、上記第5の実施形態に係る送信装置では無線フレームを生成する際に、パンクチャード符号化データ内の、多値変調後に相対的に誤り耐性が小さくなるビット位置に、情報としての意味をもたないパディングビットを挿入した後に変調を行うことで、Dataフィールド内の情報として意味をもつデータが、比較的誤り耐性の小さい位置に配置されることが抑制でき、Dataフィールド内のデータに対する誤り耐性を大きくすることができる。その結果、このような無線フレームを受信する上記受信装置での受信特性の向上が図れる。
以上第1乃至第5の実施形態に係る送信装置で生成する無線フレームのDataフィールドにはパディングフィールドは含まれていない。上記各実施形態によれば、パディングビットを挿入する代わりに、Dataフィールド内のデータに対する冗長性を増加させたり(第1乃至第3の実施形態)、Dataフィールド内の一部のデータに対する誤り耐性を増加させる(第4、第5の実施形態)ことで、パディングビット数分のデータを補い、当該無線フレームの受信特性を向上させることができる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
IEEE802.11aで規定されているフレーム信号のフォーマットを示した図。 パディングビットについて説明するための図。 第1の実施形態に係る無線通信システムの無線送信装置の構成例を示した図。 第1の実施形態に係る無線通信システムの無線受信装置の構成例を示した図。 符号化処理部及びパンクチャ処理部の動作について説明するための図。 デパンクチャ処理部及び復号処理部の動作について説明するための図。 位置決定部の動作について説明するための図。 第2の実施形態に係る無線通信システムの無線送信装置の構成例を示した図。 第2の実施形態に係る無線通信システムの無線受信装置の構成例を示した図。 補足ビット挿入部の動作について説明するための図。 第3の実施形態に係る無線通信システムの無線送信装置の構成例を示した図。 第3の実施形態に係る無線通信システムの無線受信装置の構成例を示した図。 ビット複製部の動作について説明するための図。 第4の実施形態に係る無線通信システムの無線送信装置の構成例を示した図。 第4の実施形態に係る無線通信システムの無線受信装置の構成例を示した図。 変調方式制御部及び変調処理部の動作について説明するための図。 第5の実施形態に係る無線通信システムの無線送信装置の構成例を示した図。 第5の実施形態に係る無線通信システムの無線受信装置の構成例を示した図。 補足ビット挿入部の動作について説明するための図。
符号の説明
301…アンテナ、302…無線処理部、303…変調処理部、304…パンクチャ処理部、305…符号化処理部、306…誤り検出符号付加部、307…送信バッファ、308…制御部、309…位置決定部、310…補足ビット計算部、401…アンテナ、402…無線処理部、403…復調処理部、404…デパンクチャ処理部、405…復号処理部、406…誤り検出処理部、407…受信バッファ、408…制御部、409…位置決定部、410…補足ビット計算部、809…補足ビット挿入部、909…補足ビット抽出部、1109…ビット複製部、1209…ビット復元部、1409…変調方式制御部、1509…変調方式制御部、1709…補足ビット挿入部、1809…補足ビット抽出部。

Claims (9)

  1. データフィールド内に挿入すべき補足ビット数を求める手段と、
    前記データフィールドをパンクチャード符号化する符号化手段と、
    パンクチャード符号化されたデータフィールドを含むフレーム信号を送信する手段と、
    を有する無線送信装置において、
    前記符号化手段は、前記パンクチャード符号化により削除するビット数を前記補足ビット数分減じる手段を具備したことを特徴とする無線送信装置。
  2. データフィールド内に挿入すべき補足ビット数を求める手段と、
    前記データフィールドに前記補足ビット数の補足ビットを挿入する挿入手段と、
    前記挿入手段で前記補足ビットの挿入されたデータフィールドをパンクチャード符号化する符号化手段と、
    パンクチャード符号化されたデータフィールドを含むフレーム信号を送信する手段と、
    を有する無線送信装置において、
    前記挿入手段は、前記パンクチャード符号化により削除されるビットが前記補足ビットとなるように前記データフィールド内に前記補足ビットを挿入することを特徴とする無線送信装置。
  3. データフィールド内に挿入すべき補足ビット数を求める手段と、
    前記データフィールド内のデータの前記補足ビット数分のコピーを当該データフィールドに挿入する挿入手段と、
    前記挿入手段で前記コピーの挿入されたデータフィールドをパンクチャード符号化する符号化手段と、
    パンクチャード符号化されたデータフィールドを含むフレーム信号を送信する手段と、
    を具備したことを特徴とする無線送信装置。
  4. データフィールド内に挿入すべき補足ビット数を求める手段と、
    前記データフィールドをパンクチャード符号化する符号化手段と、
    パンクチャード符号化されたデータフィールド内の前記補足ビット数を求める手段と、
    パンクチャード符号化されたデータフィールドを含むフレーム信号を変調する変調手段と、
    変調されたフレーム信号を送信する手段と、
    を有する無線送信装置において、
    前記変調手段は、
    前記パンクチャード符号化されたデータフィールド内の前記補足ビット数に応じて、所定のデータを相対的に誤り耐性の大きい変調方式で変調することを特徴とする無線送信装置。
  5. データフィールド内に挿入すべき補足ビット数を求める手段と、
    前記データフィールドをパンクチャード符号化する符号化手段と、
    パンクチャード符号化されたデータフィールドを変調する変調手段と、
    変調されたデータフィールドを含むフレーム信号を送信する手段と、
    を有する無線送信装置であって、
    パンクチャード符号化されたデータフィールド内の前記補足ビット数を求める手段と、
    パンクチャード符号化されたデータフィールド内の前記変調手段での変調により相対的に誤り耐性の小さくなる各ビット位置に、前記補足ビット数分の補足ビットをそれぞれ挿入する挿入手段と、
    を具備し、
    前記変調手段は、前記補足ビットの挿入された前記パンクチャード符号化されたデータフィールドを含むフレーム信号を変調することを特徴とする無線送信装置。
  6. 符号化処理及びパンクチャ処理の施された第1のデータ系列と前記符号化処理及び前記パンクチャ処理のうち前記符号化処理のみ施された第2のデータ系列を含むデータフィールドを含むフレーム信号を受信する手段と、
    前記第1のデータ系列にダミービットを挿入する手段と、
    前記ダミービットの挿入された第1のデータ系列と前記第2のデータ系列を復号する復号手段と、
    を具備したことを特徴とする無線受信装置。
  7. パンクチャード符号化されたデータフィールドを含むフレーム信号を受信する無線受信装置であって、
    前記データフィールドの補足ビット数を求める手段と、
    前記データフィールドを、前記データフィールドに含まれる前記補足ビット数分のコピーを用いて復元する手段と、
    を具備したことを特徴とする無線受信装置。
  8. パンクチャード符号化されたデータフィールドを含むフレーム信号を受信する手段と、
    前記データフィールドの補足ビット数を求める手段と、
    前記フレーム信号中の前記データフィールドを復調する復調手段と、
    復調された前記データフィールドにダミービットを挿入して復号する復号手段と、
    を具備した無線受信装置であって、
    前記復調手段は、前記データフィールド内の前記補足ビット数に応じて、所定のデータを相対的に誤り耐性の大きい変調方式で復調することを特徴とする無線受信装置。
  9. 変調されたデータフィールドを含むフレーム信号を受信する受信手段と、
    前記データフィールドを復調する復調手段と、
    復調されたデータフィールドから相対的に誤り耐性の小さくなる各ビット位置に挿入された補足ビットを削除する手段と、
    を具備したことを特徴とする無線受信装置。
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