JP4003554B2 - ディジタル通信装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の周波数の搬送信号を送受信するディジタル通信装置に関し、特に、配電線を伝送路とするものに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のディジタル通信装置として、マルチキャリア変復調方式通信装置(以下マルチキャリア通信装置という)があり、例えば特開2001−94527号公報に示されている。
図8は、上記公報に示された従来のディジタル受信機の構成を示す構成概要図である。
【0003】
図8において、1はフレーミング回路で送信データに対して図2に示すようなフレーミング処理を行ない、これを一次変調器2へ出力する。2は予め定めた方式(例えばDBPSK:Differential Binary Phase Shift Keying など)で変調を行なう一次変調器、3は制御回路10の指令に基づいて特定(複数も可)のトーンの信号を抽出するトーン選択器、4は逆高速フーリエ変換回路(IFFT:Inverse Fast Fourier Transform)で、抽出されたトーン信号の周波数軸データを時間軸データに変換する。
【0004】
5はパラレル/シリアル変換回路(P/S)、6はディジタル/アナログ変換回路(D/A)、7は伝送路(配電線)、8は配電線に接続するための結合回路である。9はノイズ測定器、10は制御回路、17はキャリア検出器である。フレーミング回路1、一次変調器2、トーン選択器3、IFFT4、P/S5、D/A6、結合回路8で送信系110を構成している。
【0005】
16はアナログ/ディジタル変換回路(A/D変換器)、15はシリアル/パラレル変換回路(S/P)、14は高速フーリエ変換回路(FFT:Fast Fourier Transform)、13はトーン選択器、12は一次復調器、11はデフレーミング回路で、図3に示したフレーミングの信号から受信データを出力する。17はキャリア検出器である。
【0006】
また、結合回路8、A/D16、S/P15、FFT14、トーン選択器13、一次復調器12、デフレーミング回路11で受信系120を構成している。これらは送信系110を構成する対応部分と逆の動作を行なう。すなわち、A/D16が、アナログ/ディジタル変換を行ない、さらに、S/P15が、ディジタルデータに変換されたシリアルデータを、パラレルデータに変換し、FFT14へ出力する。
【0007】
FFT14では、上記パラレルデータに対してフーリエ変換を行なうことにより、時間軸のマルチキャリアデータを周波数軸上のデータに変換し、その周波数軸データをトーン選択器13およびノイズ測定器9へ出力する。その後、トーン選択器13では、制御回路10によって指定されたトーンを選択し、それを一次復調器12に出力し、一次復調器12では、それら選択されたトーンにおける同一データを、制御回路10からの一次変調/復調方式選択情報により指定された一次変調方式で復調する。
【0008】
次に受信動作を説明する。
ノイズ測定器9により信号が所定のレベル以上と判断すると、キャリア検出器17の出力を入力した制御回路10がフレームのプリアンブルの情報に基づいて送信フレームかどうかの確認処理を行ない、その後送信フレームと判断された場合にのみ同期用のプリアンブルに基づいて同期をとり、もとのデータを復調する。送信フレームかどうかの確認処理の判断基準の具体例として、M個(自然数)のトーンについて連続したn個(自然数)の同一データが検出されたとき、または確認処理を行なうプリアンブルの信号の振幅に関するしきい値を設け、そのしきい値をa回連続して超えたときが開示されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
従来のマルチキャリア通信装置は、ノイズ測定のレベルや確認処理の判断基準として所定の設定値を用いるので、フィールドにおける状態が変化すると、キャリア検出ができないことが多くなり、キャリアの検出確度が低い。特に配電線搬送方式のようなノイズ条件の厳しいフィールドにおいては、キャリア検出確度が低いものとなる。
【0010】
例えば、キャリアの検出要件を一つの周波数f1とした場合、フィールドによっては、ノイズがある周波数に対するキャリア検出要件を満足するような図9のような周波数成分f1、f2、f3をとることがあり、他方、キャリア検出要件を複数周波数とした場合、ノイズにより信号成分が隠されてしまっている図10のような周波数成分をとることがあり、いずれの場合にもキャリアの誤検出の要因となる。
【0011】
そこで、ノイズ測定のレベルや確認処理の判断基準としての所定値を複数準備しておき、それらを決められた順で変化させ、最適なキャリア検出条件とすることも考えられるが、この場合には最適なキャリア検出条件を得るために長い時間がかかるという問題がある。
【0012】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、複数周波数を使用した通信であることを利用し、キャリア検出要件を複雑にすることなくノイズによる誤キャリア検出や、キャリア検出不能が発生する確率を低下し、通信成功率に影響を与えることのないディジタル通信装置を得ることを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るディジタル通信装置は、複数の周波数が重畳されたマルチキャリアをディジタル信号に変換するA/Dコンバータ、前記A/Dコンバータの出力信号から、前記マルチキャリアの周波数毎の成分を抽出する周波数抽出手段、前記周波数抽出手段により抽出された信号をキャリア検出要件に照らしキャリアを検出するキャリア検出手段、前記キャリア検出手段により検出されたキャリアの同期をとる同期手段、前記同期手段による同期の成否を検出する同期成否検出手段、および前記同期成否検出手段による同期の成否情報と、この成否情報に対応する前記周波数抽出手段により抽出された信号情報を履歴として保持する履歴保持手段を備え、前記キャリア検出手段は、前記履歴保持手段に保持された履歴情報に基づいて、前記周波数抽出手段により抽出された今回の信号に対するキャリア検出要件を変更するように構成されたものである。
【0014】
また、前記キャリア検出要件は、前記周波数抽出手段により抽出された信号の入力レベルが所定のレベルを超え、かつ位相が所定の期間連続する周波数が所定の数以上の周波数成分において成立することを特徴とする。
また、前記同期手段は、同期処理中および同期処理完了後一定期間内は、自機器からの信号送信を抑制する送信抑制手段を備えた。
【0015】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係るディジタル通信装置の構成図で、例として複数周波数を搬送波として用いて通信を行なう配電線搬送用の通信装置を示している。図2はフレーミング処理で生成されるフレームの構成と、そのフレームにおけるPOCフィールド(Power Line Communication Overhead Control Field)の構成を示す図である。図3は複数周波数f1、f2、f3の信号波形を示す図である。
【0016】
図1において、90は送信すべき送信データであり図示しないデータ処理装置などから入力される。1はフレーミング回路で送信データ90に対して図2に示すようなフレーミング処理を行ない、これを一次変調器2へ出力する。2は予め定めた方式(例えばDBPSK:Differential Binary Phase Shift Keying など)で変調を行なう一次変調器、3は制御回路10の指令に基づいて特定(複数も可)のトーンの信号を抽出するトーン選択器、4は逆高速フーリエ変換回路(IFFT:Inverse Fast Fourier Transform)で、抽出されたトーン信号の周波数軸データを時間軸データに変換する。
【0017】
5はパラレル/シリアル変換回路(P/S)、6はディジタル/アナログ変換回路(D/A)、8は伝送路7例えば配電線に接続するための結合回路、8は伝送路(配電線)、10は制御回路であり、同期回路(同期手段)10a、同期成否検出回路(同期成否検出手段)10b、受信状態判定回路10c、履歴保持回路(履歴保持手段)10dを有している。同期回路10a、同期成否検出回路10b、受信状態判定回路10c、履歴保持回路10dについては後述の動作説明において詳説する。
フレーミング回路1、一次変調器2、トーン選択器3、IFFT4、P/S5、D/A6、結合回路8、および制御回路10で送信系110を構成している。
【0018】
結合回路8は送信系110にも、後述する受信系120にも属し、例えばトランスとハイパスフィルターにより構成され、通信装置の送受信部(図示省略しているが例えばD/A変換器6の出力側に接続された電力増幅回路など)を伝送路7である配電線に接続し、商用周波数の流入を阻止しつつ配電線搬送信号を通過させる役割を持つ。
【0019】
16はアナログ/ディジタル変換回路(A/D変換器)、15はシリアル/パラレル変換回路(S/P)、14はディジタル信号を複数の搬送周波数の周波数成分に分解する高速フーリエ変換回路(FFT:Fast Fourier Transform、周波数検出手段)、13は制御回路10からの指示により、ある個別周波数成分(複数も可)のトーンデータを選択するトーン選択器、12は一次復調器、11はデフレーミング回路で、図2に示したフレーミングの信号から受信データ91を出力する。20は後述するキャリア検出要件にしたがってFFT14の出力からキャリアを検出するキャリア検出器、21はFFT14出力の信号レベルを測定するレベル測定器、22はFFT14出力の位相を検出する位相検出器である。
結合回路8、キャリア検出器20、レベル測定器21、位相検出器22、A/D16、S/P15、FFT14、トーン選択器13、一次復調器12、デフレーミング回路11、制御回路10で受信系120を構成する。
【0020】
図2に示すフレームは、
1)キャリア検出用の信号の領域であるプリアンブル(1)フィールドと、
2)シンボル同期用の信号の領域であるプリアンブル(2)フィールドと、
3)予め定められた固定コードの領域である同期コードフィールドと、
4)データフィールドの長さを示す信号の領域であるFrameType(FT)フィールドと、
5)住宅識別用コードの領域であるHouseCode(HC)フィールドと、
6)物理層で使用する制御コマンドの領域であるPOCフィールドと、
7)FT,HC,POCに対する誤り訂正符号の領域であるR−S符号フィールドと、
8)データフィールド
から構成されている。
なお、エラー訂正方法としてR−S符号を用いる例について説明したが、他の方法であってもよい。
【0021】
このフレームは、フレーミング回路1にて生成され、前述の処理で変調後、伝送路8に出力される。なお、実施の形態1においては、例えば、プリアンブル(1)を16シンボル区間にわたる同一データの繰り返しパターンとし、プリアンブル(2)を16シンボル区間にわたる反転データの繰り返しパターン(シンボル単位にデータを反転させるパターン)とする。
【0022】
また、伝送路7上のフレームは、伝送路7に接続されたすべての通信装置(図示しない)で受け取られ、制御回路10では、HCの識別を行なった上で自家のHCと一致した場合、伝送路上に送信されているデータが自分宛てであると判断し、RS(リードソロモン)符号を利用してエラーチェック/訂正を行ない、その内容を理解する。自家のHCと一致しない場合は、動作を行なわない。
【0023】
一方、POCは、通信の速度(例えば、低速モード、高速モード等)を設定する2ビットの通信モードフィールドと、選択可能な変調方式(例えば、DQPSK,DBPSK,DBPSK+時間ダイバーシチ等)を示す2ビットの変調方式フィールドと、制御コマンド(通常動作、変更動作)を示す1ビットのコマンドフィールドと、制御コマンドの機能を示す2ビットのサブコマンドと、各機能の設定情報(トーングループ、セットポジション)を示す8ビットのコマンド引数と、1ビットの拡張ビットから構成され、例えば、トーンの移動および一次変調方式の変更等の処理を行なうために使用される。
【0024】
次に、動作について説明する。以下の説明では、送信系110と受信系120を同一の配電線搬送用の通信装置を示す図1を用いて説明する。
(送信動作)
送信データ90がフレーミング回路1に入力されると制御回路10からの制御で変調されるデータに変換され一次変調器2に入力される。一次変調器2は、制御回路10からの制御によりデータを一次変調し、トーン選択器3へ出力する。トーン選択器3は、制御回路10からの制御でトーンごとにデータを生成し、IFFT4に出力する。IFFT4は、入力されたデータを逆フーリエ変換して複数トーン分の合成されたデータとして生成する。5はシリアルパラレル変換回路であり、入力されたシリアルデータをパラレルデータに変換し、D/Aコンバータ6に入力する。D/Aコンバータ6は入力されたデータを変換し、結合回路7を経由して伝送路8に出力する。
【0025】
(受信動作)
配電線搬送信号が到来すると伝送路7に接続された結合回路8の伝送路7側に商用周波数電圧に重畳された複数トーンの配電線搬送信号の信号電圧が誘起する。配電線搬送信号は商用周波数より十分に高い周波数であるため、商用周波数を阻止する結合回路8を通過する。この時、他の家電機器等の電源回路から伝送路7に漏えいしている高周波ノイズも同時に結合回路8を通過する。結合回路8を通過した高周波ノイズを含む配電線搬送信号はA/Dコンバータ16により、入力電圧の時系列ディジタルデータに変換される。このディジタルデータを一定時間分記憶した後、FFT14により周波数分析を行ない(S32)、キャリア検出器20によりキャリアが検出され、同期回路10aにより同期が確立すると、トーン選択器13で伝送に使用している周波数データのみを一次復調器12に導き、デフレーミング回路11によりデフレーミングする。
【0026】
ここで、キャリア検出について詳細に説明する。
レベル測定器21は、入力されたFFT14出力の信号レベルA(電圧レベル)を測定し、信号レベルAが予め定めておいた基準信号レベルaの何倍になるかを求め、その倍数(例えば信号レベルAが基準信号レベルaの3倍のとき3)をキャリア検出器20に出力する。
【0027】
また、位相検出器22は、入力されたFFT14出力信号の位相の連続する回数nを検出し、その回数をキャリア検出器20に出力する。例えば、プリアンブル(1)を全て「0」としておけば、「0」が連続する回数が位相の連続する回数と判断する。また、プリアンブル(1)が16シンボル区間とすれば、連続する回数の最大値は16となる。
【0028】
キャリア検出器20は、キャリア検出要件を満足する周波数の数Mを0に初期化とする(S31)とともに、FFT14が分離した(S32)周波数(f1、f2、・・・、fN)毎に、レベル検出器21から倍数A/aと位相検出器22から回数nを入力し、それらの入力値がキャリア検出要件を満足するか否かを判別(S33、S34)する。例えば、図6に示すように、周波数f1、f2、・・・、fNのキャリア検出要件は、倍数A/aが1以上、1以上・・・2以上、かつ回数nが9、7、・・・、9以上である。図4では、S33、S34の2回のステップのみを記載しているが、本来は使用周波数分のN回のステップを実行する。
S33、S34によりキャリア検出要件が成立した場合、キャリア検出要件を満足する周波数の数Mを1づつインクリメントする(S38、S39)。
【0029】
次いで、S35において、周波数の数Mがキャリア検出要件に定めた値(例えば図6では2以上)を満足するか否かを判別し(S35)、この要件を満たす場合、キャリア間隔(検知頻度ともいう)Cを0に初期化する(S41)とともに、同期回路10aを起動する(S36)。同期回路10aはプリアンブル(2)及び同期コードに基づいて同期を確立する。同期成否検出回路10bは同期回路10aによる同期の成否を判別する(S37)。
【0030】
S37により同期が成功と判別されれば履歴保持回路10dの受信状態履歴を変更し(S44)、受信処理を継続する。他方、S35で周波数の数Mが要件を満たさない場合、キャリア検出間隔を検出するための図示しないカウンタの値をインクリメントする(S42)。また、S37で同期が成功しない場合、履歴保持回路10dの受信状態履歴を変更する(S43)。
【0031】
ここで、受信状態履歴とは、キャリアの受信状態の履歴として、倍数A/a、S38、S39による要件成立のキャリアの数M、S36による同期の成否、前回のキャリア検出から今回のキャリアまでの間隔(相対時間)となるキャリア検出間隔Cを1000点分(t1、t2、・・・、tN)保持したものである。
【0032】
上述したように、要件成立した周波数の数が少なかった場合、同期処理に失敗した場合及び同期成功した場合のそれぞれのケースにおいて、受信状態履歴変更処理(S42、S43、S44)が行なわれ、受信状態の履歴を変更する。
その後、受信状態判定回路10cは履歴保持回路10dの受信状態履歴に基づき、キャリア検出要件を整合させる(S45)。図5を用いてS45の詳細を説明する。
【0033】
図5は使用信号周波数N=3のケースに適用可能な実施例である。受信状態判定回路10cは、S46において読み込んだ受信状態履歴に対して、信号の検知頻度または同期成功確率が小か否かを確認する(S47)。信号の検知頻度は間隔C(図7)に基づいて確認する、例えば間隔Cが100以上のとき信号の検知頻度小と判断する。また、同期成功確立は同期の成功確率P(図7)に基づいて、例えば確率Pが70%以下のとき同期成功確率小と判断する。
これらが共にあらかじめ定められた頻度、確率を満足しなかった場合、以下のようにキャリア検出要件を整合する。
【0034】
同期成功確率Pが規定以下であった場合(S48)、誤キャリア検出が発生していると判断し、キャリア検出要件として必要な周波数成分数が1であった場合(S53)、キャリア検出要件における周波数成分数を2とする(S54)。
【0035】
キャリア信号の検知頻度が規定以下であった場合(S49)、キャリア検出ができていない可能性を考慮し、キャリア検出要件として必要な周波数成分数に応じて(S50)、振幅要件を1/2する(S52、S55)、周波数成分数を1とする(S56)。ただし、直近例えば5回以内の履歴データ更新で周波数要件を2に変更していた場合には(S51)、周波数要件を1に変更する(S56)。
【0036】
以上のように、受信状態の履歴により、キャリア検出要件の変更を行なうので、誤キャリア検出の発生確率、及びキャリア検出ミスの発生確率を低減させることができる。キャリア検出要件を複雑にすることなくノイズによる誤キャリア検出や、キャリア検出不能が発生する確率を低下し、通信成功率に影響を与えることがない。
また、同期回路10aは同期処理中および同期処理完了後、一定期間は自機器からの送信信号を停止するので、誤キャリア検出を少なくできる。
【0037】
また、誤キャリア検出を防止するために、キャリア検出における新しい条件やシーケンスを追加するなど、キャリア検出要件を複雑化させる必要はなく、比較的簡単にキャリア検出器を構成できる。
また、キャリア検出に必要な時間も従来と変わらないため、衝突回避性能など、キャリア検出に起因する他の性能への影響も発生しにくい。
また、商用電源ラインを伝送路として用いているので、家電電機機器の制御などに使用できる。
なお、伝送路7は商用電源線であると説明したが、専用の通信線であってもよい。
【0038】
【発明の効果】
この発明に係るディジタル通信機器は、複数の周波数が重畳されたマルチキャリアをディジタル信号に変換するA/Dコンバータ、前記A/Dコンバータの出力信号から、前記マルチキャリアの周波数毎の成分を抽出する周波数抽出手段、前記周波数抽出手段により抽出された信号をキャリア検出要件に照らしキャリアを検出するキャリア検出手段、前記キャリア検出手段により検出されたキャリアの同期をとる同期手段、前記同期手段による同期の成否を検出する同期成否検出手段、および前記同期成否検出手段による同期の成否情報と、この成否情報に対応する前記周波数抽出手段により抽出された信号情報を履歴として保持する履歴保持手段を備え、前記キャリア検出手段は、前記履歴保持手段に保持された履歴情報に基づいて、前記周波数抽出手段により抽出された今回の信号に対するキャリア検出要件を変更するように構成されたので、キャリア検出要件を複雑にすることなくノイズによる誤キャリア検出や、キャリア検出不能が発生する確率を低下し、通信成功率に影響を与えることがない。
【0039】
また、前記キャリア検出要件は、前記周波数抽出手段により抽出された信号の入力レベルが所定のレベルを超え、かつ位相が所定の期間連続する周波数が所定の数以上の周波数成分において成立するので、キャリア検出要件を複雑にすることがなく、かつ短時間でキャリアを検出できる。
【0040】
また、前記同期手段は、同期処理中および同期処理完了後一定期間内は、自機器からの信号送信を抑制する送信抑制手段を備えたので、通信トラフィックの増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1に係るディジタル通信装置の構成図である。
【図2】 フレーミング処理で生成されるフレームの構成を示す図である。
【図3】 複数周波数f1、f2、f3の信号波形を示す図である。
【図4】 キャリア検出および同期を説明する図である。
【図5】 キャリア検出要件の整合を説明する図である。
【図6】 キャリア検出要件を説明する図である。
【図7】 履歴情報を示す図である。
【図8】 従来のディジタル通信装置の構成図である。
【図9】 ノイズの一例を示す図である。
【図10】 ノイズの一例を示す図である。
【符号の説明】
1 フレーミング回路、 2 一次変調回路、 3 トーン選択器、 4 IFFT処理、 5 パラレル/シリアル変換回路、 6 D/Aコンバータ、 7 配電線伝送路、 8 結合回路、 9 ノイズ測定器、10 制御回路、 10a 同期回路、 10b 同期成否検出回路、10c 受信状態判定回路、 10d 履歴保持回路、 11 デフレーミング回路、 12 一次復調回路、 13 トーン選択器、 14 FFT処理、 15 シリアル/パラレル変換回路、 16 A/D変換器、 20 キャリア検出器、 21 レベル測定器、 22 位相検出器、 90 送信信号、 91 受信信号、 110 送信系、 120
受信系
Claims (3)
- 複数の周波数が重畳されたマルチキャリアをディジタル信号に変換するA/Dコンバータ、
前記A/Dコンバータの出力信号から、前記マルチキャリアの周波数毎の成分を抽出する周波数抽出手段、
前記周波数抽出手段により抽出された信号をキャリア検出要件に照らしキャリアを検出するキャリア検出手段、
前記キャリア検出手段により検出されたキャリアの同期をとる同期手段、
前記同期手段による同期の成否を検出する同期成否検出手段、
および前記同期成否検出手段による同期の成否情報と、この成否情報に対応する前記周波数抽出手段により抽出された信号情報を履歴として保持する履歴保持手段を備え、
前記キャリア検出手段は、前記履歴保持手段に保持された履歴情報に基づいて、前記周波数抽出手段により抽出された今回の信号に対するキャリア検出要件を変更する
ように構成されたことを特徴とするディジタル通信装置。 - 前記キャリア検出要件は、前記周波数抽出手段により抽出された信号の入力レベルが所定のレベルを超え、かつ位相が所定の期間連続する周波数が所定の数以上の周波数成分において成立することを特徴とする請求項1記載のディジタル通信装置。
- 前記同期手段は、同期処理中および同期処理完了後一定期間内は、自機器からの信号送信を抑制する送信抑制手段を備えたことを特徴とする請求項1記載のディジタル通信装置。
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