JP2008177639A - 無線受信装置及び無線受信方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】パイロット信号に基づき同期を確立するときに、無駄な電力が消費された。
【解決手段】符号拡散により重畳された、同期を確立するための第1の信号、及び、信号レベルが第1の信号より小さい第2の信号を受信する無線受信装置であって、第1の信号をA/D変換するときの第1の分解能、及び、第2の信号をA/D変換するときの、第1の分解能より大きい第2の分解能を切換可能であり、当該第2の分解能でA/D変換を行うときの消費電力が第1の分解能でA/D変換を行うときの消費電力より大きいA/Dコンバータと、第1の信号に基づき同期を確立する前には、A/Dコンバータに第1の分解能でA/D変換を行わせ、第1の信号に基づき同期を確立した後であって第2の信号から情報を取り出すことを開始した後には、A/Dコンバータに第2の分解能でA/D変換を行わせる制御回路と、を含む。
【選択図】図1

Description

本発明は、符号分割多重接続(CDMA:Code Division Multiple Access)方式を用いたスペクトラム拡散通信により基地局から送信される信号を受信する携帯電話及び携帯端末のような移動局である無線受信装置及び無線受信方法に関する。
上記した従来の移動局である無線受信装置は、基地局からパイロット信号及びシンク信号を受信する。パイロット信号及びシンク信号は、異なる拡散符号を用いたスペクトラム拡散により同一周波数帯上で重畳されている。パイロット信号は、基地局及び移動局間で同期を確立するために用いられ、他方で、シンク信号は、例えば、現時刻を示す時刻情報を含んでおり、当該時刻情報は、時刻合わせのために用いられる。
前記パイロット信号に基づき前記同期を確立するためには、当該パイロット信号を逆拡散する必要があり、同様に、前記シンク信号から前記時刻情報を抽出するには、当該パイロット信号を逆拡散する必要があり、加えて、当該逆拡散を行う前には、アナログ形式である前記パイロット信号及びシンク信号をデジタル形式に変換する、即ち、A/D変換を行う必要がある。当該A/D変換については、その消費電力は、A/D変換の分解能が大きいほど多くなり、更に、当該A/D変換の分解能は、A/D変換の対象である入力信号のS/N比(信号対雑音比)が小さいほど大きい必要がある。
特開2000−321383号公報
しかしながら、上記した従来の無線受信装置では、前記パイロット信号の受信レベルが前記シンク信号の受信レベルより大きく、これにより、パイロット信号のS/N比(シンク信号に対するパイロット信号の比)が、シンク信号のS/N比(パイロット信号に対するシンク信号の比)より大きいにも拘わらず、前記パイロット信号に基づき前記同期を確立するときであるか、前記シンク信号に基づき時刻情報を抽出するときであるかとは無関係に、一律に、前記パイロット信号のS/N比から定まる分解能より大きい、前記シンク信号のS/N比から定まる分解能でA/D変換を行っていたことから、上記の特許文献1に記載された課題「低消費電力化」とは対照的に、前記パイロット信号に基づき前記同期を確立するときに、無駄な電力が消費されるという問題があった。
本発明に係る無線受信装置は、上記した課題を解決すべく、
符号拡散により重畳された、受信のための同期を確立するために用いる第1の信号、及び、受信すべき情報を含む第2の信号であって受信したときの信号レベルが前記第1の信号より小さい前記第2の信号を受信する無線受信装置であって、
前記第1の信号をA/D変換するときの第1の分解能、及び、前記第2の信号をA/D変換するときの、前記第1の分解能より分解能が大きい第2の分解能を切換可能なA/Dコンバータであって、当該第2の分解能でA/D変換を行うときの消費電力が前記第1の分解能でA/D変換を行うときの消費電力より大きい前記A/Dコンバータと、
前記第1の信号に基づき前記同期を確立する前には、前記A/Dコンバータに前記第1の分解能でA/D変換を行わせ、前記第1の信号に基づき前記同期を確立した後であって前記第2の信号から前記情報を取り出すことを開始した後には、前記A/Dコンバータに前記第2の分解能でA/D変換を行わせる制御回路と、を含む。
また、本発明に係る無線受信方法は、上記した課題を解決すべく、
符号拡散により重畳された、受信のための同期を確立するために用いる第1の信号、及び、受信すべき情報を含む第2の信号であって受信したときの信号レベルが前記第1の信号より小さい前記第2の信号を受信する無線受信方法であって、
前記第1の信号をA/D変換するときの第1の分解能、及び、前記第2の信号をA/D変換するときの、前記第1の分解能より分解能が大きい第2の分解能を切換可能なA/D変換工程であって、当該第2の分解能でA/D変換を行うときの消費電力が前記第1の分解能でA/D変換を行うときの消費電力より大きい前記A/D変換工程と、
前記第1の信号に基づき前記同期を確立する前には、前記A/D変換工程に前記第1の分解能でA/D変換を行わせ、前記第1の信号に基づき前記同期を確立した後であって前記第2の信号から前記情報を取り出すことを開始した後には、前記A/D変換工程に前記第2の分解能でA/D変換を行わせる制御工程と、を含む。
上記した本発明に係る無線受信装置及び無線受信方法によれば、前記第2の信号より信号レベルが大きい前記第1の信号に基づき前記同期を確立する前には、換言すれば、前記第2の信号のS/N比より大きいS/N比の前記第1の信号に基づき前記同期を確立するまでは、当該第1の信号を、前記第2の信号をA/D変換するときの第2の分解能より小さい第1の分解能でA/D変換することから、従来のような、当該同期を確立するまでであっても、前記第1の信号を、前記第2の分解能でA/D変換していたことに比して、当該同期を確立するまでの消費電力を低減することが可能となる。
上記した本発明に係る無線受信装置では、
前記A/Dコンバータは、協働して前記A/D変換を行うための並列接続された複数のオペアンプを有し、
前記制御回路は、前記A/Dコンバータに前記第1の分解能でA/D変換を行わせることを、前記複数のオペアンプのうちの1つ以上のオペアンプを動作させないことにより実施する。
上記した本発明に係る無線受信装置では、
前記A/Dコンバータは、協働して前記A/D変換を行うための並列接続された複数のオペアンプと、前記複数のオペアンプからの出力を符号化するエンコーダとを有し、
前記制御回路は、前記A/Dコンバータに前記第1の分解能でA/D変換を行わせることを、前記複数のオペアンプのうちの1つ以上のオペアンプに供給する電流を低減し、かつ、前記エンコーダに当該1つ以上のオペアンプからの出力を無視させることにより実施する。
本発明に係る無線受信装置の実施例について図面を参照して説明する。
《構成》
図1は、実施例の無線受信装置の構成を示す。実施例の無線受信装置Rは、携帯電話、移動端末、時計のような移動局であり、基地局(図示せず。)から、スペクトラム拡散通信の下にCDMA方式で送信される、即ち、PN(Pseudo Noise)符号及びウオルシュ(Walsh)符号により拡散されたパイロット信号PI及びシンク信号SYを受信すべく、図1に示されるように、アンテナ1と、増幅回路2と、ミキサ3と、局部発振回路4と、帯域濾波器(BPF:Band Pass Filter)5と、可変増幅回路6と、A/Dコンバータ7と、逆拡散回路8と、PN符号生成回路9と、復号回路10とを含む。
パイロット信号PI及びシンク信号SYは、図1に示されるように、それぞれ、異なるPN符号及びウオルシュ符号による拡散によって同一の周波数帯上に重畳されており、より詳しくは、パイロット信号PIは、パイロット信号PIのためのPN符号及びウオルシュ符号として機能するパイロット信号用PN符号PN(PI)により拡散されており、他方で、シンク信号SYは、シンク信号SYのためのPN符号及びウオルシュ符号として機能するシンク信号用PN符号PN(SY)により拡散されている。
加えて、受信したパイロット信号PIの信号レベル(信号強度)は、受信したシンク信号SYの信号レベルより大きく、図1に示されるように、例えば、パイロット信号PIの信号レベルは、10dBであり、他方で、シンク信号SYの信号レベルは、0dBである。従って、同一の周波数帯上に重畳されているパイロット信号PI及びシンク信号SY間のS/N比については、シンク信号SY(雑音に相当。)に対するパイロット信号PI(信号に相当。)の比である、パイロット信号PIのS/N比は、パイロット信号PI(雑音に相当。)に対するシンク信号SY(信号に相当。)の比である、シンク信号SYのS/N比より大きい。他方で、A/Dコンバータ7でのA/D変換の分解能は、A/D変換の対象である信号のS/N比が大きいほど小さくて足りることから、A/Dコンバータ7では、パイロット信号PIにA/D変換を施すときの分解能は、シンク信号SYにA/D変換を施すときの分解能より小さくて足りる。
図1で、アンテナ1は、例えば、逆Fアンテナであり、基地局から送信されるパイロット信号PI及びシンク信号SYを受信する。
増幅回路2は、アンテナ1の後段に設けられており、例えば、電界効果トランジスタ(FET)からなり、アンテナ1により受信されたパイロット信号PI及びシンク信号SYを、予め定められた利得(固定された利得)で増幅する。
ミキサ3は、増幅回路2の後段に設けられており、例えば、ダイオード及びトランジスタからなり、当該増幅回路2から、増幅されたパイロット信号PI及びシンク信号SYの入力を受け、かつ、局部発振回路4から、当該局部発振回路4が生成する局部発振信号LOの入力を受け、パイロット信号PI及びシンク信号SYと局部発振信号LOとの乗算によりパイロット信号PI及びシンク信号SYをRF(Radio Frequency)帯からベースバンド帯へ周波数変換し、即ち、ダウンコンバートする。
局部発振回路4は、例えば、PLL回路からなり、上記した局部発振信号LOを生成し、当該局部発振信号LOをミキサ3へ出力する。
帯域濾波器5は、ミキサ3の後段に設けられており、例えば、オペアンプ等を用いたアクティブフィルタであり、当該帯域濾波器5の通過帯域内にある、ベースバンド帯のパイロット信号PI及びシンク信号SYを通過させ、当該通過帯域外にある雑音を通過させず、即ち、遮断する。
可変増幅回路6は、帯域濾波器5の後段に設けられており、上記した増幅回路2と同様に、電界効果トランジスタ等からなり、アンテナ1がパイロット信号PI及びシンク信号SYを受信したときの当該パイロット信号PI及びシンク信号SYの受信レベルに左右されることなく、当該パイロット信号PI及びシンク信号SYを、後段のA/Dコンバータ7の仕様により規定される一定のレベルになるように調整すべく、負帰還(図示せず。)の下に規定される利得で、当該可変増幅回路6に入力された前記パイロット信号PI及びシンク信号SYを増幅する。
A/Dコンバータ7は、可変増幅回路6の後段に設けられており、可変増幅回路6から出力されるパイロット信号PI及びシンク信号SYをアナログ形式からデジタル形式に変換すべく、図2に示されるように、8個の抵抗器R1〜R8と、8個のオペアンプC1〜C8と、エンコーダEとを有する。抵抗器R1〜R8は、基準電圧Vref(例えば、3V、5V)及び接地電位GNDに直列接続されており、比較器として機能するオペアンプC1〜C8の比較基準電圧Vc1〜Vc8を規定し、当該比較基準電圧Vc1〜Vc8は、オペアンプC1〜C8の一方の入力端子(+端子)に印加されている。
オペアンプC1〜C8は、それぞれ、他方の入力端子(−端子)に、A/Dコンバータ7から、アナログ形式のパイロット信号PI及びシンク信号SYの入力を受け、基本的に、当該パイロット信号PI及びシンク信号SYと、前記一方の端子(+端子)に印加されている比較基準電圧Vc1〜Vc8とを比較し、前記パイロット信号PI及びシンク信号SYが、当該比較基準電圧Vc1〜Vc8より小さいときには「0」を出力し、反対に、大きいときには「1」を出力し、エンコーダEは、オペアンプC1〜C8からの出力を符号化する。例えば、入力されたパイロット信号PIが、比較基準電圧Vc6より大きく比較基準電圧Vc5より小さいとき、オペアンプC1〜C5は、「0」を出力し、オペアンプC6〜C8は、「1」を出力し、その結果として、エンコーダEは、「00000111」に対応する「3」を出力する。
上記した基本的な動作とは対照的に、オペアンプC1〜C8のうちオペアンプC2、C4、C6、C8は、逆拡散回路8から、A/Dコンバータ7全体としての分解能を「2ビット」(アナログ値を4段階のデジタル値に変換。)にするか、「3ビット」(アナログ値を8段階のデジタル値に変換。)にするかを規定する、換言すれば、分解能を切り換えるための分解能切換信号REの入力を受け、当該分解能切換信号REが「2ビット」の旨を示すときには、「A/D変換の停止」として、上記した比較動作を行わず、他方で、「3ビット」の旨を示すときには、「A/D変換の実施」として、上記した比較動作を行う。
「A/D変換の停止」について例示すると、例えば、上記したと同様に、入力されたパイロット信号PIが、比較基準電圧Vc6より大きく比較基準電圧Vc5より小さいとき、オペアンプC1、C3、C5は、「0」を出力し、オペアンプC2、C4は、何ら出力せず(ハイインピーダンスの状態になり)、オペアンプC7は、「1」を出力し、オペアンプC6、C8は、オペアンプC2、C4と同様に、何ら出力せず、この結果、エンコーダEは、上記した「00000111」に対応する「3」に代えて、「00000010」に対応する「2」を出力する。
上記した「A/D変換の停止」の動作の例と異なり、例えば、上記したと同様に、入力されたパイロット信号PIが、比較基準電圧Vc6より大きく比較基準電圧Vc5より小さいとき、オペアンプC1、C3、C5は、上記と同様に、「0」を出力し、オペアンプC2、C4は、上記と異なり、当該オペアンプC2、C4の消費電力が、前記分解能切換信号REにより抑制(低減)されていることに起因して「不定」を出力し、オペアンプC7は、上記と同様に、「1」を出力し、オペアンプC6、C8は、オペアンプC2、C4と同様に、「不定」を出力し、更に、エンコーダEは、分解能切換信号REにより「2ビット」の旨を受けていることに応答して、オペアンプC2、C4、C6、C8からの出力を無視することにより、エンコーダEは、結果的に、「00000010」に対応する「2」を出力する。
図1に戻り、『制御回路』として機能する逆拡散回路8は、A/Dコンバータ7の後段に設けられており、初期時(受信動作を開始する前)には、A/Dコンバータ7に、「2ビット」の旨を示す分解能切換信号REを出力する。他方で、逆拡散の結果として同期が確立されたとき、より正確には、A/Dコンバータ7から出力されるパイロット信号PI及びシンク信号SYをPN符号生成回路9により生成される、パイロット信号用PN符号PN(PI)又はシンク信号用PN符号PN(SY)を用いて逆拡散し、その結果として、パイロット信号PIとパイロット信号用PN符号PN(PI)との間で相関、即ち、同期が取れたとき、A/Dコンバータ7に、「2ビット」の旨を示す分解能切換信号REに代えて、「3ビット」の旨を示す分解能切換信号REを出力する。
PN符号生成回路9は、例えば、スライディング相関器又はマッチドフィルタであり、パイロット信号用PN符号PN(PI)及びシンク信号用PN符号PN(SY)を生成し、当該生成された両PN符号PN(PI)、PN(SY)を逆拡散回路8に出力する。
復号回路10は、逆拡散回路8の後段に設けられており、逆拡散回路8から入力を受ける、逆拡散後のパイロット信号PI及びシンク信号SYを復号する。
《動作》
図3は、実施例の無線受信装置の動作を示すフローチャートであり、図4は、実施例の無線受信装置の動作を示すタイムチャートである。以下、実施例の無線受信装置の動作について、図3のフローチャート及び図4のタイムチャートを参照して説明する。当該説明では、上記したように、無線受信装置Rが、初期時に、逆拡散回路8から「2ビット」の旨を示す分解能切換信号REが出力されており、この結果、A/Dコンバータ7内のオペアンプC1〜C8のうち、C2、C4、C6、C8が「A/D変換の停止」になっていることを想定する。
ステップS1:図4に図示の時刻t1で、アンテナ1が、図1に示されるように、基地局から、スペクトラム拡散されたパイロット信号PI及びシンク信号SYを受信すると、増幅回路2は、当該両信号PI、SYを増幅し、ミキサ3は、当該増幅された両信号PI、SYを、局部発振回路4が生成する局部発振信号LOを使ってダウンコンバートし、帯域濾波器5は、当該ダウンコンバート後の両信号PI、SYを濾波し、可変増幅回路6は、当該濾波された両信号PI、SYを可変的に増幅する。
ステップS2:A/Dコンバータ7は、前記可変増幅回路6により増幅されたパイロット信号PI及びシンク信号SYを、前記分解能切換信号REにより指定された「2ビット」で、即ち、オペアンプC1、C3、C5、C7のみが「A/D変換の実施」となっており、オペアンプC2、C4、C6、C8が「A/D変換の停止」となっている条件下で、A/D変換する。
ステップS3:逆拡散回路8は、基地局との間での同期を確立すべく、前記A/D変換されたパイロット信号PI及びシンク信号SYと、PN符号生成回路9により生成されたパイロット信号用PN符号PN(PI)との乗算、即ち、逆拡散を行う。
ステップS4:逆拡散回路8は、ステップS3での乗算の結果から、即ち、パイロット信号PI及びパイロット信号用PN符号PN(PI)間の相関関係から、基地局との間で同期を確立することができたと判断される、図4に図示の時刻t2になると、PN符号生成回路9に、シンク信号用PN符号PN(SY)の生成を開始するように指示すると共に、A/Dコンバータ7に、「3ビット」の旨を示す、即ち、分解能を「2ビット」から「3ビット」に切り換えるべき旨を示す分解能切換信号REを出力する。
ステップS5:A/Dコンバータ7では、逆拡散回路8から、「3ビット」の旨を示す分解能切換信号REを受けると、A/Dコンバータ7内のオペアンプC1〜C8のうちオペアンプC2、C4、C6、C8が、「A/D変換の停止」から「A/D変換の実施」に切り換わる。これにより、オペアンプC1〜C8の全てが、「A/D変換の実施」となる。
ステップS6:A/Dコンバータ7は、ステップS1と同様にして得られた、可変増幅された後のパイロット信号PI及びシンク信号SYを、「3ビット」で、即ち、オペアンプC1〜C8の全てが「A/D変換の実施」となっている条件下で、A/D変換を施す。
ステップS7:逆拡散回路8は、シンク信号SYに含まれる時刻情報を抽出すべく、前記パイロット信号PI及びシンク信号SYと、PN符号生成回路9により生成されるシンク信号用PN符号PN(SY)との乗算を行う。
《効果》
上述したように、実施例の無線受信装置Rでは、図4に図示された時刻t1から時刻t2までである、シンク信号SYの信号強度が大きいパイロット信号PIに基づき基地局及び無線受信装置R間の同期を確立するまでの期間、当該パイロット信号PIを、前記シンク信号SYをA/D変換するときの分解能である「3ビット」より小さい「2ビット」でA/D変換することにより、当該同期が確立するまでの期間には、オペアンプC2、C4、C6、C8が電力を消費しないことから、従来のような、当該同期を確立するまでの期間、前記パイロット信号PIを「3ビット」でA/D変換することに比較して、消費電力を低減することが可能となる。
実施例の無線受信装置の構成を示す図。 実施例のA/Dコンバータの構成を示す図。 実施例の無線受信装置の動作を示すフローチャート。 実施例の無線受信装置の動作を示すタイムチャート。
符号の説明
R…無線受信装置、7…A/Dコンバータ、8…逆拡散回路、RE…分解能切換信号。

Claims (4)

  1. 符号拡散により重畳された、受信のための同期を確立するために用いる第1の信号、及び、受信すべき情報を含む第2の信号であって受信したときの信号レベルが前記第1の信号より小さい前記第2の信号を受信する無線受信装置であって、
    前記第1の信号をA/D変換するときの第1の分解能、及び、前記第2の信号をA/D変換するときの、前記第1の分解能より分解能が大きい第2の分解能を切換可能なA/Dコンバータであって、当該第2の分解能でA/D変換を行うときの消費電力が前記第1の分解能でA/D変換を行うときの消費電力より大きい前記A/Dコンバータと、
    前記第1の信号に基づき前記同期を確立する前には、前記A/Dコンバータに前記第1の分解能でA/D変換を行わせ、前記第1の信号に基づき前記同期を確立した後であって前記第2の信号から前記情報を取り出すことを開始した後には、前記A/Dコンバータに前記第2の分解能でA/D変換を行わせる制御回路と、を含むことを特徴とする無線受信装置。
  2. 前記A/Dコンバータは、協働して前記A/D変換を行うための並列接続された複数のオペアンプを有し、
    前記制御回路は、前記A/Dコンバータに前記第1の分解能でA/D変換を行わせることを、前記複数のオペアンプのうちの1つ以上のオペアンプを動作させないことにより実施することを特徴とする請求項1記載の無線受信装置。
  3. 前記A/Dコンバータは、協働して前記A/D変換を行うための並列接続された複数のオペアンプと、前記複数のオペアンプからの出力を符号化するエンコーダとを有し、
    前記制御回路は、前記A/Dコンバータに前記第1の分解能でA/D変換を行わせることを、前記複数のオペアンプのうちの1つ以上のオペアンプに供給する電流を低減し、かつ、前記エンコーダに当該1つ以上のオペアンプからの出力を無視させることにより実施することを特徴とする請求項1記載の無線受信装置。
  4. 符号拡散により重畳された、受信のための同期を確立するために用いる第1の信号、及び、受信すべき情報を含む第2の信号であって受信したときの信号レベルが前記第1の信号より小さい前記第2の信号を受信する無線受信方法であって、
    前記第1の信号をA/D変換するときの第1の分解能、及び、前記第2の信号をA/D変換するときの、前記第1の分解能より分解能が大きい第2の分解能を切換可能なA/D変換工程であって、当該第2の分解能でA/D変換を行うときの消費電力が前記第1の分解能でA/D変換を行うときの消費電力より大きい前記A/D変換工程と、
    前記第1の信号に基づき前記同期を確立する前には、前記A/D変換工程に前記第1の分解能でA/D変換を行わせ、前記第1の信号に基づき前記同期を確立した後であって前記第2の信号から前記情報を取り出すことを開始した後には、前記A/D変換工程に前記第2の分解能でA/D変換を行わせる制御工程と、を含むことを特徴とする無線受信方法。
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