JP4349796B2 - ダイバシティシステム - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、送受信機を備えた無線機のダイバシティシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、TDD方式を用いた無線通信は、マルチパスの影響下にある無線通信機のアンテナの場所や角度により、受信信号レベルが大きく変動するため、より高い受信レベルを得る方式として、アンテナのダイバシティシステムは有効とされている。
従来、このような送受信機を備えた無線機のダイバシティシステムにおいては、受信時に使用したアンテナを送信時にも使用するように複数の選択スイッチを設けて、送受信信号の経路を制御するものがある。このシステムは、例えばTDD方式を用いた無線通信において、受信時に使用したアンテナを送信時にも使用することで、同一周波数上で送受信を行うTDD方式を用いた無線通信の特性を利用し、受信時の良好な空間経路によって相手方に送信信号を送信することができる(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開平09−018400号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のダイバシティシステムでは、送信機側の送信信号の経路に、送受信を切り換えるための選択スイッチが挿入されると共に、受信時に使用したアンテナを送信時にも使用するための選択スイッチが挿入されるため、無線機としての効率が悪化すると共に、複数用意されたアンテナ毎に送信用の増幅回路が設けられているため、更に電源効率が悪化するという問題があった。
【0005】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、最小限の回路構成で効率良く送受信アンテナの切り換えを行い、送受信信号の品質を維持することができるダイバシティシステムを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1の発明に係るダイバシティシステムは、複数のアンテナ(例えば実施の形態のアンテナ2a、2b)と、該アンテナの数と同数の複数の系統の受信回路(例えば実施の形態の受信回路3a、3b)と、1系統の送信回路(例えば実施の形態の送信回路4)を備えた無線装置のダイバシティシステムであって、前記複数のアンテナのそれぞれを、前記複数の受信回路の中の対応する受信回路へ接続するか、前記複数のアンテナのいずれかを前記送信回路へ接続するかを切り換え可能な第1の選択手段(例えば実施の形態の選択スイッチA1)と、前記複数の受信回路の出力信号のいずれかを選択し、該出力信号を復調するための復調回路へ出力可能な第2の選択手段(例えば実施の形態の選択スイッチB11)と、前記複数の受信回路に1対1で対応して設けられると共に、前記複数の受信回路のそれぞれから分岐された信号により、前記アンテナで受信される信号の信号強度を算出する複数の信号強度算出手段(例えば実施の形態のRSSI検出回路18a、18b)と、信号の受信時には、前記第1の選択手段を切り換えて、前記複数の受信回路とそれぞれに対応する前記アンテナとを接続すると共に、前記複数の信号強度算出手段のそれぞれから前記信号強度を取得し、更に前記第2の選択手段を切り換えて、該信号強度が最も強い受信回路の出力信号を前記復調回路へ出力し、信号の送信時には、前記第1の選択手段を切り換えて、直前の信号の受信時に、前記信号強度が最も強かった前記受信回路に接続された前記アンテナへ、前記送信回路を接続する切り換え制御手段(例えば実施の形態のダイバシティ選択回路19)とを備えたことを特徴とする。
【0007】
以上の構成を備えたダイバシティシステムは、信号の受信時に、各アンテナから受信した信号の信号強度を、それぞれ対応する信号強度算出手段から取得し、これを切り換え制御手段において比較することで、切り換え制御手段がどのアンテナを受信に使用するかを決定し、それに合わせて第1、第2の選択手段を切り換える。また、信号の送信時には、直前の信号の受信時に、第2の選択手段が選択していた受信回路に接続されたアンテナを、送信に使用するアンテナとして決定し、第1の選択手段を切り換えて、該アンテナと送信回路とを接続する。これにより、信号の送信に際し、直前の受信時に使用したアンテナを送信にも使用することができる。
【0008】
請求項2の発明に係るダイバシティシステムは、請求項1に記載のダイバシティシステムにおいて、前記切り換え制御手段は、受信が開始されてから所定期間後に、前記送信回路に接続された前記アンテナを、対応する前記受信回路に接続するように、前記第1の選択手段を制御することを特徴とする。
以上の構成を備えたダイバシティシステムは、TDD方式の無線通信システムにおいて、相手からの信号を受信後、それに対する返送信号を送信するまでの1送受信バースト期間は、送信アンテナ及び受信アンテナを同一のものとすることができる。また、その後は受信待機状態とすることができる。
【0009】
請求項3の発明に係るダイバシティシステムは、請求項1、または請求項2に記載のダイバシティシステムにおいて、前記信号強度算出手段が、アナログ信号の状態で前記受信回路から分岐された信号により、前記信号強度を算出することを特徴とする。
以上の構成を備えたダイバシティシステムは、信号を復調せず、アナログ信号の状態で受信回路から分岐された信号を用いて信号強度を算出するので、信号強度の算出時間が短くなり、短時間で使用するアンテナを切り換えることができるようになる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態では、本発明のダイバシティシステムを、TDD方式の無線通信システムであって、相手からの信号を受信後、それに対する返送信号を送信するまでを1送受信バースト動作とする無線通信システムに利用する場合を一例として説明するが、本発明のダイバシティシステムは、他のTDD方式の無線通信システムにおいても利用することができる。
【0011】
図1は、一実施の形態のダイバシティシステムの構成を示すブロック図である。
図1において、選択スイッチA1には送受信において共用可能なアンテナ2a、2bが接続されると共に、2つの受信回路3a、3bと送信回路4とが接続されており、選択スイッチA1は、5端子4接点の切り換えにより、2つの受信回路3a、3bに対する受信アンテナの選択と送信回路4に対する送信アンテナの選択を行い、アンテナ2aから受信した信号を受信回路3aへ入力し、アンテナ2bから受信した信号を受信回路3bへ入力すると共に、送信回路4の出力する信号を、アンテナ2a、2bのいずれかへ接続し、送信回路4の出力する信号をアンテナ2a、2bのいずれかから送信する。
【0012】
また、受信回路3aは受信された信号を増幅するプリアンプ5aと、所望の受信信号帯域の信号を抽出するバンドパスフィルタ6aと、受信信号のRF周波数を、局部発信信号を用いて、それより低いIF周波数またはベースバンド周波数へ変換する周波数変換器7aと、周波数変換後の信号から受信信号を抽出するバンドパスフィルタ8aと、バンドパスフィルタ8aの出力する受信信号からカップリングによりその一部を分岐する抵抗91aを備えたカップラ9aと、バンドパスフィルタ8aの出力する受信信号を増幅するポストアンプ10aとを備えている。
【0013】
一方、受信回路3bは、受信回路3aを構成する各構成要素と同等の特性を備えた、プリアンプ5bと、バンドパスフィルタ6bと、周波数変換器7bと、バンドパスフィルタ8bと、抵抗91bを備えたカップラ9bと、ポストアンプ10bとを備えており、受信回路3aと受信回路3bは、同一特性の受信回路を実現している。
また、受信回路3aと受信回路3bの出力は、両者の出力の一方を選択出力する選択スイッチB11に入力されており、受信回路3aと受信回路3bの出力は、いずれか一方が選択されて復調回路(図示せず)へ入力される。
【0014】
また、送信回路4は、変調回路(図示せず)からの信号を増幅するプリアンプ12と、所望の送信信号帯域の信号を抽出するバンドパスフィルタ13と、送信信信号のIF周波数またはベースバンド周波数を、局部発信信号を用いて、それより高いRF周波数へ変換する周波数変換器14と、周波数変換後の信号から送信信号を抽出するバンドパスフィルタ15と、バンドパスフィルタ15の出力する送信信号を増幅するポストアンプ16とを備えている。
なお、本実施の形態のダイバシティシステムでは、周波数変換器7a、7b、14に共通の局部発振器17が接続され、送受信の周波数は同一の周波数が用いられる。
【0015】
また、本実施の形態のダイバシティシステムは、カップラ9aにより分岐するアンテナ2aで受信した信号から、RSSI(Received Signal Strength Indicator)を計算するRSSI検出回路18aと、同様にカップラ9bにより分岐するアンテナ2bで受信した信号から、RSSIを計算するRSSI検出回路18bとを備えている。
【0016】
更に、本実施の形態のダイバシティシステムは、RSSI検出回路18aにより算出した受信回路3a側のRSSIである「RSSI1」と、RSSI検出回路18bにより算出した受信回路3b側のRSSIである「RSSI2」とを用いて、選択スイッチA1、あるいは選択スイッチB11の切り換えの制御を行うダイバシティ選択回路19を備えており、ダイバシティ選択回路19は、選択スイッチA1を制御するための信号「Antenna select1」、「Antenna select2」により、選択スイッチA1の切り換えを制御する。また、ダイバシティ選択回路19は、選択スイッチB11を制御するための信号「Antenna select3」により、選択スイッチB11の切り換えを制御する。
【0017】
なお、ダイバシティ選択回路19に入力される送受信切換信号「TX/RX」は、受信信号を受信せずに送信信号のみ出力する場合に、使用するアンテナを強制的に固定するための信号である。更に、ダイバシティ選択回路19には、回路を動作させるためのクロック信号「CLK」が入力される。
また、選択スイッチA1は「Antenna select1」、「Antenna select2」により、具体的には以下の表1に示すように制御され、選択スイッチB11は「Antenna select3」により、以下の表2に示すように制御される。
【0018】
【表1】
Figure 0004349796
【0019】
【表2】
Figure 0004349796
【0020】
次に、図面を参照して、ダイバシティ選択回路19について説明する。
図2は、ダイバシティ選択回路19の構成を示すブロック図であって、図3は、ダイバシティ選択回路19の動作を示すタイミングチャートである。
まず、図2を参照してダイバシティ選択回路19の構成について説明すると、RSSI比較・判別回路21は、RSSI検出回路18a、18bから取り込まれた「RSSI1」「RSSI2」を比較・判別して「Antenna select1」、「Antenna select2」、「Antenna select3」を生成する回路である。
【0021】
具体的には、RSSI1またはRSSI2について、時間的に早く取り込まれた方、及び後述する比較信号により比較された、その大きさが大きい方(受信した信号の信号強度の強い方)を選択するものとする。なお、時間的に早く取り込まれた方を選択するのは、最短距離で到達した電波は減衰が小さく、信号の電力強度が強いからである。
【0022】
また、ダイバシティ選択回路19は、RSSI比較・判別回路21による「Antenna select1」、「Antenna select2」、「Antenna select3」の出力時間を制御するカウンタ回路22と、RSSI比較・判別回路21で受信した「RSSI1」、「RSSI2」に対応してカウンタ回路22の始動と停止を制御すると共に、強制的に送信アンテナを固定する場合には入力された「TX/RX」に基づいてカウンタ回路22を制御するカウンタ制御回路23とを備えている。
【0023】
更に、RSSI比較・判別回路21と、カウンタ回路22と、カウンタ制御回路23との接続について説明すると、RSSI比較・判別回路21からカウンタ制御回路23へは、RSSIが受信されたことを示すRSSI受信信号「S1」が入力され、カウンタ制御回路23からカウンタ回路22へは、カウンタ回路22の始動と停止を制御するためのカウンタ制御信号「S2」が入力されている。
【0024】
一方、カウンタ回路23からは、カウンタ制御回路23へ、クロック停止を指示するCLK停止信号「S3」が入力されると共に、RSSI比較・判別回路21へ、「RSSI1」と「RSSI2」の比較を指示する比較信号「S4」と、カウンタ回路22のカウント値に基づいて、「Antenna select1」、「Antenna select2」の生成時間を指示するための送受信回路切換信号「S5」と、信号を受信してから返送信号の送信が完了する1送受信バースト期間が終了後、ダイバシティ選択回路19をリセットして、再び受信ダイバシティが可能な状態(受信待機状態)にするためのリセット信号「S6」とが入力されている。
【0025】
次に、図3に示すタイミングチャートを参照して、ダイバシティ選択回路19の動作を具体的に説明する。なお、図3に示すタイミングチャートは、受信時にアンテナ2bを選択した場合の動作である。
まず、初期状態の時刻t0では、「Antenna select1」、「Antenna select2」は、両方とも”1”の状態で、それぞれアンテナ2aで受信した信号が受信回路3aへ、アンテナ2bで受信した信号が受信回路3bへ入力され、「Antenna select3」は、”1”の状態で、選択スイッチB11では、受信回路2aの出力が選択出力されている。
【0026】
次に、時刻t1においてRSSI比較・判別回路21が出力するRSSI受信信号「S1」が立ち上がると、カウンタ制御回路23が出力するカウンタ制御信号「S2」が”0”から”1”へ切り替わり、カウンタ回路22のカウントが開始される。
これに対応して、時刻t2には、カウンタ回路22のカウント値”1”で正のパルス状の比較信号「S4」がRSSI比較・判別回路21へ出力されて、アンテナ2bで受信された信号を復調するために、RSSI比較・判別回路21から出力される「Antenna select3」が”1”から”0”に切り替わり、選択スイッチB11では、受信回路3bの出力が選択される。なお、この時点で「Antenna select1」、「Antenna select2」は、両方とも”1”の状態で、それぞれアンテナ2aで受信した信号が受信回路3aへ、アンテナ2bで受信した信号が受信回路3bへ入力されている。
【0027】
一方、カウンタ回路22では、受信が完了するタイミングに合わせて、カウント値が所定のカウント値になると、時刻t3において送受信回路切換信号「S5」が”0”から”1”に切り替わる。
RSSI比較・判別回路21では、送受信回路切換信号「S5」によって送受信が切り替わることが入力されると、送信バースト期間直前の受信バースト期間において、「Antenna select3」により、選択スイッチB11では受信回路3bの出力が選択されていたことに基づき、「Antenna select1」のみを”1”から”0”に切り換えて、送信時のアンテナとしてアンテナ2bを使用するように、選択スイッチA1を制御する。
【0028】
そして、信号を受信してから返送信号の送信が完了する1送受信バースト期間に対応する時間だけ、カウンタ回路22がカウントされ、カウント値が所定のカウント値になると、時刻t4においてカウンタ回路22からカウンタ制御回路23へ負のパルス状のCLK停止信号「S3」が出力され、これに対応して時刻t5において、ダイバシティ選択回路19をリセットして、再び受信ダイバシティが可能な状態にするための正のパルス状のリセット信号「S6」が出力され、「Antenna select1」、「Antenna select2」は、両方とも”1”の状態で、それぞれアンテナ2aで受信した信号が受信回路3aへ、アンテナ2bで受信した信号が受信回路3bへ入力され、「Antennaselect3」は、”1”の状態で、受信回路2aの出力が選択スイッチB11で選択出力された初期状態に復帰する。
【0029】
なお、上述の実施の形態ではアンテナと受信回路が2系統の場合を説明したが、アンテナの数と受信回路の数とが同数であれば、アンテナ及び受信回路は何系統あっても良い。その場合、選択スイッチA1と選択スイッチB11は、切り換え接点の数がアンテナ及び受信回路の数に合わせて増えるものとする。
【0030】
また、上述の実施の形態の説明は、アンテナ2bで受信された信号を復調する場合について説明したが、アンテナ2aで受信された信号を復調する場合も同様であり、その場合、受信が完了して時刻t3において、送受信回路切換信号「S5」が”0”から”1”に切り替わり、送受信が切り替わることがRSSI比較・判別回路21に入力されると、RSSI比較・判別回路21は、送信バースト期間直前の受信バースト期間において、「Antenna select3」により、選択スイッチB11では受信回路3aの出力が選択されていたことに基づき、「Antenna select2」のみを”1”から”0”に切り換えて、送信時のアンテナとしてアンテナ2aを使用するように、選択スイッチA1を制御する。
【0031】
以上説明したように、本実施の形態のダイバシティシステムは、まず信号の受信に際し、選択スイッチA1がアンテナ2a、2bをそれぞれ受信回路3a、3bに接続した状態において、カップラ9a、9bにより受信回路3a、3bから取得した信号について、そのRSSIをRSSI検出回路18a、18bにより算出する。そして、算出されたRSSIをダイバシティ選択回路19において比較することにより、受信回路3a、3bのどちらの出力信号を復調回路へ入力するかを決定し、選択スイッチB11を切り換える。
【0032】
これに対し、信号の送信に際しては、直前の受信時に、選択スイッチB11が受信回路3aの出力信号を選択していた場合は、ダイバシティ選択回路19が、選択スイッチA1のみを切り換えて、直前の受信時に使用したアンテナ2aと送信回路4とを接続するようにする。そして、ダイバシティ選択回路19は、カウンタ回路22により、所定期間、送信アンテナ及び受信アンテナを同一のものとするように制御する。これにより、選択スイッチA1のみの切り換えで、直前の受信時に使用したアンテナを送信にも使用し、特にTDD方式の無線通信システムにおいて、相手からの信号を受信後、それに対する返送信号を送信するまでの1送受信バースト期間は、送信アンテナ及び受信アンテナを同一のものとすることができる。また、その後は受信待機状態とすることができる。
【0033】
従って、送信時には選択スイッチA1のみの通過で送信信号をアンテナに供給することができ、信号の減衰を最小限に抑制することができると共に、送信バースト期間直前の受信バースト期間における良好な空間経路を想定して送信アンテナを選択するため、送信信号の品質が向上し、送信時におけるデータ信号の再送制御を減少させることができる。更に、本発明のダイバシティシステムを備えた無線機を移動体通信用として使用する際に、周辺空間の状況が変化し、空間経路が変化しても、受信待機状態時に再びその場所における有効な送受信用のアンテナを選択できる構成となっているため、どの場所でも通信速度を低下させずに通信を行うことができるという効果が得られる。
【0034】
【発明の効果】
以上の如く、請求項1に記載のダイバシティシステムによれば、信号の送信に際し、第1の選択手段のみを切り換えて、直前の受信時に使用したアンテナと送信回路とを接続することにより、直前の受信時に使用したアンテナを送信にも使用することができる。
従って、送信時に送信する信号が通過する選択手段は、第1の選択手段のみとなるため、信号の減衰を最小限に抑制することができると共に、送信期間直前の受信期間における良好な空間経路を想定できる送信アンテナによって送信することで送信信号の品質が向上し、送信時におけるデータ信号の再送制御が減少することとなり、無線機自体の効率を向上させると共に、通信速度の低下を防止することができるという効果が得られる。
【0035】
請求項2に記載のダイバシティシステムによれば、TDD方式の無線通信システムにおいて、相手からの信号を受信後、それに対する返送信号を送信するまでの1送受信バースト期間は、送信アンテナ及び受信アンテナを同一のものとすることができる。また、その後は受信待機状態とすることができる。
従って、本発明のダイバシティシステムを備えた無線機を移動体通信用として使用する際に、周辺空間の状況が変化し、空間経路が変化しても、受信待機状態時に再び各アンテナの選択を行うことにより、その場所における有効な送受信用のアンテナを選択できるため、どの場所でも通信速度を低下させずに通信を行うことができるという効果が得られる。
【0036】
請求項3に記載のダイバシティシステムによれば、信号強度の算出時間が短くなり、短時間で使用するアンテナを切り換えることができるようになる。
従って、アンテナ切り換え時に信号の始まりのデータを取りこぼすようなことがなくなり、送受信の信号品質が向上するため、再送制御等の無駄な動作が減少し、無線機自体の効率を向上させると共に、通信速度の低下を防止することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施の形態によるダイバシティシステムの構成を示すブロック図である。
【図2】 同実施の形態のダイバシティシステムに用いられるダイバシティ選択回路の構成を示すブロック図である。
【図3】 同実施の形態のダイバシティシステムに用いられるダイバシティ選択回路の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 選択スイッチA
2a、2b アンテナ
3a、3b 受信回路
4 送信回路
5a、5b プリアンプ
6a、6b バンドパスフィルタ
7a、7b 周波数変換器
8a、8b バンドパスフィルタ
9a、9b カップラ
10a、10b ポストアンプ
11 選択スイッチB
12 プリアンプ
13 バンドパスフィルタ
14 周波数変換器
15 バンドパスフィルタ
16 ポストアンプ
17 局部発振器
18a、18b RSSI検出回路
19 ダイバシティ選択回路
21 RSSI比較・判別回路
22 カウンタ回路
23 カウンタ制御回路
91a、91b 抵抗

Claims (2)

  1. 複数のアンテナと、前記複数のアンテナの数と同数の複数の系統の受信回路と、1系統の送信回路を備えた無線装置のダイバシティシステムであって、
    前記複数のアンテナのそれぞれを、前記複数の受信回路の中の対応する受信回路へ接続するか、前記複数のアンテナのいずれかを前記送信回路へ接続するかを切り換え可能な第1の選択手段と、
    前記複数の受信回路の出力信号のいずれかを選択し、該出力信号を復調するための復調回路へ出力可能な第2の選択手段と、
    前記複数の受信回路に1対1で対応して設けられると共に、前記複数の受信回路のそれぞれから分岐された信号により、前記アンテナで受信される信号の信号強度を算出する複数の信号強度算出手段と、
    信号の受信時には、前記第1の選択手段を切り換えて、前記複数の受信回路とそれぞれに対応する前記アンテナとを接続すると共に、前記複数の信号強度算出手段のそれぞれから前記信号強度を取得し、更に前記第2の選択手段を切り換えて、該信号強度が最も強いか、前記複数の信号強度算出手段から時間的に早く入力される受信回路の出力信号を前記復調回路へ出力し、信号の送信時には、前記第1の選択手段を切り換えて、直前の信号の受信時に、前記信号強度が最も強かった前記受信回路に接続された前記アンテナへ、前記送信回路を接続する切り換え制御手段と
    を備え、
    前記切り換え制御手段は、受信が開始されてから所定期間後に、前記送信回路に接続された前記アンテナを、対応する前記受信回路に接続するように、前記第1の選択手段を制御し、
    前記切り換え制御手段は、
    前記信号強度算出手段から受信された信号を比較判別してアンテナ選択信号を生成する信号強度比較判別回路と、
    前記アンテナ選択信号の受信が完了するタイミングに合わせて、所定のカウント値になると、所定の送受信回路切換信号を切り換えることにより、前記生成されたアンテナ選択信号の出力時間を制御するカウンタ回路と、
    前記カウンタ回路の始動と停止を制御するカウンタ制御回路と、を含む
    ことを特徴とするダイバシティシステム。
  2. 前記信号強度算出手段が、アナログ信号の状態で前記受信回路から分岐された信号により、前記信号強度を算出する
    ことを特徴とする請求項1に記載のダイバシティシステム。
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