JP3204239B2 - 復調器 - Google Patents
復調器Info
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Description
号の復調器に関し、特に、ディジタル無線通信システム
における多値直交変調信号を復調する復調器の自動直交
誤差除去回路に関する。
ブロック図である。
のIF入力端子に入力される変調信号の搬送波とほぼ同
一の周波数を持つローカル発振器3と、発振器の出力位
相をπ/2シフトさせるπ/2シフタ4と、ローカル発
振器3及びπ/2シフタ4の出力とIF入力を掛け合わ
せる乗算器1,2と、乗算器1,2の出力をA/D変換
するA/D5,6と、IchとQchの振幅差を補正す
るAGC7と、Ich、Qchそれぞれの信号を正規の
信号点に乗せるためのAGC9と、AGC9を制御する
信号を生成する振幅誤差信号検出器13と、搬送波周波
数とローカル周波数のずれを補正するための誤差検出器
14と、位相誤差検出器12と、ループフィルタLPF
11と、数値制御発振器(Numerical Con
trolled Oscillator、NCO)1
6、複素乗算器8により準同期検波による復調器が構成
されていた。
構成された復調器においては、ローカル発振器の出力の
直交調整を自動的に行うものが知られているが、本発明
のような多値直交復調器として要求される高精度の調整
を可能とするICは存在していない。また、QAM等の
多値振幅変調方式に対応できるように考慮されていない
ため、これまで手動にて直交誤差の調整が行われてい
た。
は、π/2シフタ4の位相量を手動でわずかに調整する
ことによって行われていた。このため、従来の復調器
は、直交誤差調整のために余分な時間を要していた。
ナログ部品の温度、湿度等により径時変動を起こす可能
性が高く、長期に渡って直交性を保証することが困難で
あった。
じると、復調信号に直交ずれを生じて符号誤り率の特性
が劣化する問題を有していた。
的に直交誤差制御を行うことによって、手動で調整する
必要が無く、また、長期に渡って符号誤り率等の特性劣
化を引き起こさない復調器を提供することにある。
め、本発明の復調器は、直交変調信号を受信し復調する
復調器において、受信信号を準同期検波して直交する2
成分(Ich、Qch)を出力する準同期検波手段と、
前記準同期検波手段の出力の各成分の振幅差を補正する
と共に、前記準同期検波手段の出力の周波数オフセット
を補正して復調信号を出力する復調手段と、前記復調信
号から検出される各成分毎の誤差信号(Ei、Eq)と
極性信号(Di、Dq)に基づいて位相回転後に得られ
た信号点誤差信号から位相回転前の誤差信号を推定する
直交誤差検出手段と、前記直交誤差信号に基づき前記準
同期検波手段の出力から前記復調信号の直交誤差を除去
する直交誤差除去手段とを有することを特徴とする。
信システムにおける復調器に、周波数オフセット制御に
用いる角度信号と誤差信号を用いて制御を行う自動直交
制御器を設けている。加えて、直交誤差信号を出力する
直交誤差検出器及び直交誤差信号を入力として直交制御
を行う直交制御器を備えている。
誤差信号Ei,Eq、極性信号Di,Dq、及びNCO
が出力する位相信号Angを用いて位相回転前の直交誤
差を推定する。直交制御器は直交誤差検出器の出力する
直交誤差信号Qdを用いて位相回転前の誤差信号を推定
する。直交制御器は、位相回転前の位置にあるため、こ
の推定した誤差信号によって直交誤差の補正を行う。
て、本発明の復調器の実施の形態1を説明する。本復調
器は、乗算器1,2、発振器3、π/2シフタ4、A/
Dコンバータ5,6、AGC7,9、複素乗算器8、誤
差検出器14、直交誤差検出器17、位相誤差検出器1
2、LPF11、NCO16、直交制御器15で構成さ
れる。
19の従来の復調器とを比較すると、本発明ではNCO
10が位相回転信号Angを出力している点と直交制御
器15及び直交誤差検出器17が追加されている点が異
なる。
検波方式は準同期検波を用い、IF信号として入力され
る変調信号はQPSK、QAM等の多値直交変調信号と
する。また、以下の説明においては、それぞれの直交成
分(チャネル)に関して、一般的な表記であるIch,
Qchという表記を用いて説明する。
数のローカル発振器であり、この発振器の出力及び発振
器の出力をπ/2シフタ4によって位相をπ/2シフト
させたものをそれぞれIF INに乗算することによっ
て、Ich,Qchの各信号成分が得られる。
ディジタル信号に変換されてIch1,Qch1として
出力される。本復調器は準同期検波を行うので、Ich
1,Qch1は完全なベースバンド信号ではなく、キャ
リアの周波数と発振器3の周波数及び位相の差分が含ま
れている。
入力として、直交誤差検出器17から入力される直交誤
差信号を用いて、直交誤差が除去された信号Ich2,
Qch2を出力する。
して、IchとQchの振幅差が除去された信号Ich
3,Qch3を出力する。
力として、NCO16から入力される回転角信号si
n,cosを用いて、Ich3,Qch3に含まれるキ
ャリアの周波数と発振器3の周波数の差分を除去された
信号Ich4,Qch4を出力する。
される振幅誤差信号Adを用いて、復調信号Ich5,
Qch5が正規の信号点にのるように制御を行う。
るIch5,Qch5を入力して、誤差信号Ei,E
q、極性信号Di,Dqを出力する。
ら出力される誤差信号Ei,Eq、極性信号Di,Dq
を入力して、振幅誤差信号Adを出力する。
ら出力される誤差信号Ei,Eq、極性信号Di,Dq
を入力して、位相誤差信号Pdを出力する。
れて、NCO16へ入力される。
位相誤差信号Pd2を位相信号Ang,sin,cos
に変換して出力する。
用いて詳細に説明する。
ク図である。図2において、AGC7は、乗算器71、
絶対値計算器72,73、加算器74、LPF75によ
って構成されている。AGC7はIchとQchの振幅
を比較することによって、Ichの振幅をQchの振幅
に合わせている。
ク図である。図3において、AGC9は、乗算器91,
92、LPF93で構成されている。AGC9は、振幅
誤差検出器13から出力される振幅誤差信号Adを入力
して、入力信号Ich4,Qch4が正規の信号点位置
にのるように制御を行い復調信号Ich5,Qch5を
得る。
及びAGC9に含まれるLPF93の構成例を示したブ
ロック図である。これら低域通過フィルタは、フリップ
フロップ77と加算器76を用いた積分器で構成でき
る。
ック図である。図5において、LPF11はフリップフ
ロップ(F/F)111、乗算器112,113、加算
器114,115で構成され、一般的な2次型のラグ・
リードフィルタとなっている。通常、複素乗算器、位相
検出器、LPF、NCOで構成されるキャリア再生ルー
プでは、周波数オフセットを打ち消す必要があるため、
2次以上のフィルタ構成にする必要がある。
ック図である。図6において、複素乗算器8は、乗算器
81〜84と、加算器85,86とで構成される。図6
のブロック図に示された演算によって、Ich3,Qc
h3に含まれるキャリアの周波数および位相オフセット
成分が除去される。
ック図である。図7において、NCO16は、積分器1
63、cos( )161、sin( )162で構成
されている。LPF8によって平滑化された位相誤差信
号を積分することによって、位相信号Angが得られ
る。cos( )161、sin( )162は、位相
信号Angを入力してそれぞれcos(Ang)、si
n(Ang)の値を角度信号sin,cosとして出力
する。
ブロック図である。図8において、誤差検出器14は、
信号点誤差検出器141と信号点誤差検出器142で構
成される。信号点誤差検出器141,142は、入力信
号Ich5,Qch5の正規の信号点位置からの誤差を
検出して、誤差信号Ei,Eqを出力する。ここで、入
力信号Ich5,Qch5が正規の信号点位置より正の
方向にずれたときには、誤差信号Ei,Eqは負の値、
逆に負の方向にずれたときには正の値が出力されるもの
とする。正規の信号点位置は変調方式切り替え信号Mo
dによって、適用する変調方式に応じて切り替える。ま
た、Ich5,Qch5の符号ビットが極性信号Di,
Dqとなる。
したブロック図である。図9において、振幅誤差検出器
13は、乗算器131で構成される。振幅誤差信号Ad
は、EiとDi、またはEqとDqを乗算することによ
って得られる。本図においては、EiとDiとの乗算に
より振幅誤差信号Adを出力している。
示したブロック図である。図10より、位相誤差検出器
12は、乗算器121,122、加算器123で構成さ
れる。位相誤差信号Pdは、EqとDiの乗算結果か
ら、EiとDqの乗算結果を減算することによって得ら
れる。
したブロック図である。図11において、直交誤差検出
器17は、乗算器171,172、加算器173、極性
切替器174で構成されている。
ブロック図である。図12において、直交制御器15
は、加算器151、乗算器152、LPF153で構成
されている。直交誤差検出器17の出力する直交誤差信
号QdをLPF153で平滑化した後、Qch1と掛け
合わせてIch1に加算してやることによって、直交誤
差が除去される。
て、特に本発明の特徴である直交制御器15を中心とし
て詳細に説明する。
は、複素乗算器8によって位相回転される前に行われる
のに対して、直交誤差検出に用いる信号点誤差信号E
i,Eq及び極性信号Di,Dqは位相回転後の信号か
ら得ている。このために、位相回転後に得られた信号点
誤差信号から位相回転前の誤差信号を推定する必要があ
る。
れた信号を復調するときに、直交ずれがある場合の復調
信号をI−Qの複素平面上に表した図である。
が完全に一致している場合、即ち、複素乗算器の前後で
位相回転がない場合において直交ずれが生じた時の復調
信号をI−Qの複素平面上に表した図である。
周波数が一致していない場合、即ち、複素乗算器の前後
で位相回転がある場合において直交ずれが生じた時の復
調信号をI−Qの複素平面上に表した図である。
正方形の頂点上にあるが、図13のように直交ずれによ
って各信号点の形状が菱形状になっている。
と、図14の様に、正規の信号点を中心に円を描く。
すように正規の信号点からの対角線方向のずれを補正す
るような誤差信号が必要になる。この信号を得るには下
記の様な誤差信号Qd′を用いればよい。
情報であるため、Qd′から位相回転前の直交誤差情報
であるQdを推定してやる必要がある。
誤差信号は信号点から原点へ向かう信号であり、第2象
限と第4象限の誤差信号は原点から信号点へ向かう信号
である。また、誤差信号の絶対値は全て等しい。即ち、
直交誤差信号は隣り合う象限においては、絶対値は等し
く極性のみが異なる。
復調信号をI−Qの複素平面上に表したものである。図
15に示すように、最外殻の信号点を結ぶ正方形の対角
線上にある信号点においては、隣接象限までの角度はθ
1(π/4)であり、その他の信号点ではθ2(ata
n(2))、又はπ/4−θ2となり、各信号点によっ
て隣接象限までの角度は異なる。
h5,Qch5、位相信号Ang、変調方式信号Mod
を用いて、位相回転後の復調信号に対して、位相回転前
の復調信号が隣接象限にあるのか否かを判定し、隣接象
限にある場合には直交誤差信号Qd′の極性を反転した
信号、隣接象限にない場合にはQd′そのものを直交誤
差信号Qdとして出力する。
る直交誤差制御について説明する。
の角速度をω[rad/s]、直交誤差をδ[rad]
とすると、A/Dに入力されるIch,Qchの各信号
は Ich=A(t)cos(ωt+δ) =A(t)cosωt・cosδ−A(t)sinωt・sinδ =A(t)cosωt・cosδ−Qch・sinδ (2) Qch=A(t)sinωt (3) となる。この信号が正常に復調されるにはIchに含ま
れるδを消去する必要があるが、そのうち、 A(t)cosωt・cosδ (4) の項は、Ichのゲインが変化しているだけであるか
ら、直交制御器15の後段に位置するAGC9で補正す
ることができる。
項の −Qch・sinδ (5) を補正すれば良い。
で、上記直交誤差信号とQchの値を掛け合わせた値を
Ichから差し引く処理をすることによって、直交誤差
は補正できることになる。
に基づき構成されている。 (実施の形態2)本発明の実施の形態2のブロック図を
図16に示す。
角線検出器19が追加された点と直交誤差検出器18の
構成が異なる点である。
及び変調方式信号Modを用いて、復調信号が図15に
示したような対角線上の信号であるか否かを判定し、対
角線検出信号Xdを出力する。
たブロック図である。図17において、直交誤差検出器
18は、乗算器181,182、加算器183、極性切
替器184、出力ON/OFF回路185で構成されて
いる。直交誤差検出器18は、直交誤差検出器17と同
様に直交誤差信号Qd′を求めた後、位相回転信号An
gのみを用いて、極性を切り替えている。さらに、対角
線判定信号Xdを用いて、復調信号が対角線上にある場
合には極性を切り替えたQdを出力し、対角線上にない
場合には出力しない(0を出力する)。
角度は常に、π/4であるから、位相回転後の信号に対
して、位相回転前の信号がどの象限に存在するかを判定
するには、高々2ビットの位相回転信号Angを用いれ
ば良いことになり、判定回路が単純化される。 (実施の形態3)本発明の実施の形態3の復調器の構成
を示したブロック図を図18に示す。
図16の本発明の実施の形態2の構成に対して対角線検
出器19がない点と直交誤差検出器として図19に示す
直交誤差検出器20を用いていること以外は全て同一で
ある。
すブロック図である。本図において、直交誤差信号Q
d′の極性切替は極性切替器184にて位相回転信号A
ngのみを用いて、極性を切り替えている。そして、極
性切替器184の出力に直交誤差信号Qdが得られる。
が、この場合、対角線上にない復調信号から得られる直
交誤差信号Qdの極性は必ずしも正しくないため、誤っ
た制御が行われることになる。
称に存在するため、Qdを積分した値は、揺らぎこそ大
きくなるものの、定常的なオフセットは生じない。従っ
て、直交制御器15内のLPF153の時定数を大きく
することにより、実用上問題を生ずることなく使用でき
る。
検波方式を準同期検波、入力される変調信号はQPS
K、QAM等の直交変調として説明した。
の誤差信号及び周波数及び位相オフセット補正時の回転
角度情報が得られる構成で有れば、準同期検波でなくて
も良い。
定されず、たとえばQPSK以外のPSK、あるいはA
PSK等でも適用できるのは勿論である。
となる直交誤差の調整ずれや温度、径時変化等により発
生する直交誤差ずれを特別な操作をすることなく、全て
ディジタル信号処理を用いて自動的に直交誤差を除去す
ることができる。このため、長期にわたって安定した符
号誤り率特性を有する復調器を提供できる。
は、全てディジタル化されているためLSI化が容易な
ため、復調器全体の小型、軽量化が可能となる。
ロック図である。
る。
る。
図である。
る。
ある。
る。
である。
ク図である。
ック図である。
ック図である。
図である。
号配置を示す複素平面図である。
号配置を示す複素平面図である。
平面図である。
図である。
ロック図である。
図である。
ロック図である。
る。
Claims (12)
- 【請求項1】 直交変調信号を受信し復調する復調器に
おいて、受信信号を準同期検波して直交する2成分(I
ch、Qch)を出力する準同期検波手段と、前記準同
期検波手段の出力の各成分の振幅差を補正すると共に、
前記準同期検波手段の出力の周波数オフセットを補正し
て復調信号を出力する復調手段と、前記復調信号から検
出される各成分毎の誤差信号(Ei、Eq)と極性信号
(Di、Dq)に基づいて位相回転後に得られた信号点
誤差信号から位相回転前の誤差信号を推定する直交誤差
検出手段と、前記直交誤差信号に基づき前記準同期検波
手段の出力から前記復調信号の直交誤差を除去する直交
誤差除去手段とを有することを特徴とする復調器。 - 【請求項2】 直交変調信号を受信し復調する復調器に
おいて、受信信号を準同期検波して直交する2成分(I
ch、Qch)を出力する準同期検波手段と、前記準同
期検波手段の出力の各成分の振幅差を補正すると共に、
前記準同期検波手段の出力の周波数オフセットを補正し
て復調信号を出力する復調手段と、前記復調信号の信号
点の位置が対角線の位置であるかを判定する対角線判定
手段と、前記復調信号から検出される各成分毎の誤差信
号(Ei、Eq)、極性信号(Di、Dq)及び前記対
角線判定手段の出力に基づき直交誤差信号を推定する直
交誤差検出手段と、 前記直交誤差信号に基づき前記準同期検波手段の出力か
ら前記復調信号の直交誤差を除去する直交誤差除去手段
とを有することを特徴とする復調器。 - 【請求項3】 前記準同期検波手段は、前記受信信号の
搬送波周波数とほぼ同一の周波数のローカル周波数を発
振する発振器と、 前記発振器が発振する信号の位相をπ/2シフトさせる
π/2シフタと、 前記発振器およびπ/2シフタの出力とそれぞれ前記変
調信号を乗算する第1、第2の乗算器と、 前記第1、第2の乗算器の出力をそれぞれA/D変換す
るA/D変換器とを有することを特徴とする請求項1、
2記載の復調器。 - 【請求項4】 前記復調手段は、前記直交誤差除去手段
の出力を入力し、各直交成分の振幅差を除去する第1の
AGC回路と、 前記第1のAGC回路の出力と数値制御発振器から出力
される回転角信号とを乗算し前記周波数オフセットを除
去する複素乗算器と、 前記複素乗算器の出力から振幅誤差信号に基づき復調信
号を出力する第2のAGC回路とを有することを特徴と
する請求項1、2記載の復調器。 - 【請求項5】 前記復調手段は、さらに前記復調信号に
含まれる前記誤差信号と極性信号を検出する誤差検出器
と、前記誤差信号と極性信号に基づき前記振幅誤差信号
を出力する振幅誤差検出器と、前記誤差信号と極性信号
に基づき位相誤差信号を出力する位相誤差検出器と、前
記位相誤差信号を平滑した信号が入力される前記複素制
御発振器とを有することを特徴とする請求項4記載の復
調器。 - 【請求項6】 前記誤差検出器は、前記復調信号の正規
の信号点位置からの誤差を前記誤差信号として検出し、
前記復調信号の符号ビットを前記極性信号として出力す
ることを特徴とする請求項5記載の復調器。 - 【請求項7】 前記振幅誤差検出器は、前記EiとDi
の乗算またはEqとDqの乗算により前記振幅誤差信号
を検出することを特徴とする請求項5記載の復調器。 - 【請求項8】 前記位相誤差検出器は、前記EqとDi
の乗算結果から前記EiとDqの乗算結果を減算して前
記位相誤差を検出することを特徴とする請求項5記載の
復調器。 - 【請求項9】 前記直交誤差検出手段は、前記EiとD
qの乗算結果と前記EqとDiの乗算結果とを加算して
誤差信号として出力する手段と、 前記復調信号の位相平面上の信号点位置が前記複素乗算
器による位相回転の前後で隣接象限にある場合は前記誤
差信号の極性を反転し、前記隣接象限にない場合は前記
誤差信号をそのまま出力する極性切替手段とを有して前
記極性切替手段の出力を前記直交誤差信号として出力す
ることを特徴とする請求項1記載の復調器。 - 【請求項10】 前記直交誤差検出手段は、前記Eiと
Dqの乗算結果と前記EqとDiの乗算結果とを加算し
て誤差信号として出力する手段と、 前記数値制御発振器から出力される位相回転信号に基づ
き前記誤差信号の極性を反転する極性切替手段と、 前記極性切替手段の出力を前記対角線判定手段の出力に
基づきオンまたはオフする出力オン/オフ手段とを有し
て前記直交誤差信号を出力することを特徴とする請求項
2記載の復調器。 - 【請求項11】 前記直交誤差検出手段は、前記Eiと
Dqの乗算結果と前記EqとDiの乗算結果とを加算し
て誤差信号として出力する手段と、 前記数値制御発振器から出力される位相回転信号に基づ
き前記誤差信号の極性を反転する極性切替手段とを有し
て前記直交誤差信号を出力することを特徴とする請求項
1記載の復調器。 - 【請求項12】 前記直交誤差除去手段は、前記直交誤
差信号の低域ろ波器を通過した信号とQchの成分との
乗算をIchの成分から減算して得られることを特徴と
する請求項1、2記載の復調器。
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