JP4546372B2 - 受信装置、伝送システム及び受信方法 - Google Patents
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OFDM変調方式は、マルチキャリア変調方式の一種であり、互いに直交するn(nは数十〜数千)本の搬送波(キャリア)のそれぞれにデジタル変調を施した伝送方式である。各キャリアのデジタル変調にはDQPSK(Differential Quadrature Phase Shift Keying)などの変調方式が用いられ、複数のキャリアの変調信号を合成した波形がOFDM変調波となる。
図6には、OFDM変調方式を採用したデータ伝送装置の受信装置の構成例を示してある。
ここで、本例の受信装置の構成は、後述する本発明の実施例に係る図3に示される受信装置の構成と比べて、フレーム検出回路51及び復調回路52に関する構成部分が異なっており、そして、他の構成部分については同様であるため、図3と同一の符号を付してあり、ここでは詳しい説明を省略する。
本例のフレーム検出回路51は、NULL終了検出器61と、SWEEPパターンメモリ62と、SWEEP相関器63と、フレームカウンタ64を備えている。また、タイマ回路からのクロック信号CKがNULL終了検出器61とSWEEP相関器63とフレームカウンタ64に入力される。
直交復調回路44から出力されるI軸信号及びQ軸信号がフレーム検出回路51に入力される。
フレーム検出回路51では、入力されたI軸信号及びQ軸信号がNULL終了検出器61とSWEEP相関器63に入力される。
SWEEPパターンメモリ62には、SWEEPシンボルのパターンが予め格納されている。
復調回路52では、FFT演算回路45により得られた演算結果とフレーム検出回路51により検出されたパルスFSTが入力され、受信シンボルから同期シンボル部分を削除して、データシンボルのみを復調する。
本発明は、このような従来の事情に鑑み為されたもので、簡易な構成により精度よく、受信信号のフレーム位置を検出することができる受信装置などを提供することを目的とする。
ここで、前記OFDM変調方式による変調信号は、複数のサブキャリアについて、各サブキャリア毎に差動符号化方式により変調されている。また、前記OFDM変調方式による変調信号は、同一のシンボルが2個以上連続して配置されたものを含む同期シンボル部と、データシンボル部から構成されるフレームに形成されている。
そして、受信装置では、次のような処理を行う。
すなわち、差動検波手段が、前記受信信号をシンボル毎に各サブキャリア毎に差動検波する。大きさ検出手段が、前記差動検波手段による差動検波の結果のI軸信号及びQ軸信号のそれぞれをシンボル毎に前記複数のサブキャリアについて加算(又は、加算平均)して、当該加算結果(又は、当該加算平均結果)の大きさを検出する。タイミング検出手段が、前記大きさ検出手段により検出される大きさが所定の閾値以上となる(又は、所定の閾値を超える)タイミングを検出する。フレームタイミング検出手段が、前記タイミング検出手段により検出されるタイミングに基づいて、フレームのタイミングを検出する。
従って、簡易な構成により、精度よく、受信信号のフレームのタイミング(フレームの位置)を検出することができる。
また、差動符号化方式としては、種々な方式が用いられてもよく、例えば、差動符号化4値PSK方式であるDQPSK方式や、差動符号化2値PSK方式であるDBPSK(Differential Binary Phase Shift Keying)方式などを用いることができる。
また、フレームの構成としては、種々なものが用いられてもよい。
また、同期シンボル部の構成としては、種々なものが用いられてもよい。
また、同期シンボル部に含まれる2個以上連続した同一のシンボルの連続数としては、種々な数が用いられてもよい。一例として、3個連続して配置されるREFシンボルを用いることができる。
また、データシンボル部の構成としては、種々なものが用いられてもよく、例えば、複数のデータシンボルが並べられて配置される構成が用いられる。
また、I軸信号及びQ軸信号についての加算結果又は加算平均結果の大きさとしては、例えば、I軸信号及びQ軸信号からなる複素信号のレベルの絶対値或いは簡易的な絶対値などを用いることができる。
また、加算結果又は加算平均結果の大きさに関する所定の閾値としては、種々な値が用いられてもよく、例えば、予め所定の値が設定されてもよく、或いは、差動検波の結果に基づいて閾値が生成されるような構成が用いられてもよい。
すなわち、閾値生成手段が、前記差動検波手段による差動検波の結果に基づいて、前記所定の閾値を生成する。
また、同期シンボル部削除手段が、前記フレームタイミング検出手段により検出されるフレームのタイミングに基づいて、前記差動検波手段による差動検波の結果から前記同期シンボル部を削除する。判定手段が、前記同期シンボル部削除手段により同期シンボル部が削除された結果であるデータシンボル部を判定して復調結果とする。
従って、検出したフレームのタイミングに基づいて、フレームに含まれるデータシンボル部のデータシンボルを判定して復調結果を得ることができる。
本発明に係る伝送システムでは、OFDM変調方式により変調された信号を送信側の装置(送信装置)から受信側の装置(受信装置)へ伝送する場合に、次のような構成とした。
ここで、前記OFDM変調方式による変調信号は、複数のサブキャリアについて各サブキャリア毎に差動符号化方式により変調されており、また、同一のシンボルが2個以上連続して配置されたものを含む同期シンボル部とデータシンボル部から構成されるフレームに形成されている。
そして、前記受信側の装置では、次のような処理を行う。
すなわち、差動検波手段が、前記受信信号をシンボル毎に各サブキャリア毎に差動検波する。大きさ検出手段が、前記差動検波手段による差動検波の結果のI軸信号及びQ軸信号のそれぞれをシンボル毎に前記複数のサブキャリアについて加算(又は、加算平均)して、当該加算結果(又は、当該加算平均結果)の大きさを検出する。タイミング検出手段が、前記大きさ検出手段により検出される大きさが所定の閾値以上となる(又は、所定の閾値を超える)タイミングを検出する。フレームタイミング検出手段が、前記タイミング検出手段により検出されるタイミングに基づいて、フレームのタイミングを検出する。
すなわち、前記受信側の装置では、閾値生成手段が、前記差動検波手段による差動検波の結果に基づいて、前記所定の閾値を生成する。
また、同期シンボル部削除手段が、前記フレームタイミング検出手段により検出されるフレームのタイミングに基づいて、前記差動検波手段による差動検波の結果から前記同期シンボル部を削除する。判定手段が、前記同期シンボル部削除手段により同期シンボル部が削除された結果であるデータシンボル部を判定して復調結果とする。
本発明に係る受信方法では、OFDM変調方式により変調された信号を受信する受信装置において、次のような処理を行う。
ここで、前記OFDM変調方式による変調信号は、複数のサブキャリアについて各サブキャリア毎に差動符号化方式により変調されており、また、同一のシンボルが2個以上連続して配置されたものを含む同期シンボル部とデータシンボル部から構成されるフレームに形成されている。
そして、当該受信装置は、前記受信信号をシンボル毎に各サブキャリア毎に差動検波し、当該差動検波の結果のI軸信号及びQ軸信号のそれぞれをシンボル毎に前記複数のサブキャリアについて加算(又は、加算平均)して、当該加算結果(又は、当該加算平均結果)の大きさを検出し、当該検出した大きさが所定の閾値以上となる(又は、所定の閾値を超える)タイミングを検出し、当該検出したタイミングに基づいてフレームのタイミングを検出する。
本例では、OFDM変調方式を採用するとともに、各サブキャリアの変調方式としてDQPSK方式を採用したデータ伝送について説明する。
図1には、本発明の一実施例に係るフレーム検出機能付きの復調回路1の構成例を示してある。
図2には、OFDM変調方式を採用したデータ伝送装置の送信装置(送信機)の構成例を示してある。
図3には、OFDM変調方式を採用したデータ伝送装置の受信装置(受信機)の構成例を示してある。
図5(a)には、OFDM変調信号のフレームの構成例及びフレームに含まれる同期シンボルの構成例を示してあり、図5(b)には、1シンボル分だけタイミングがずれたフレームの構成例を示してあり、図5(c)には、これら2つのフレーム間におけるシンボル毎についての位相差の加算平均結果を示してある。
同期シンボルは、無信号部分であるNULL(ヌル)のシンボルと、チャンネルの中心周波数を出力するCWのシンボルと、RFスペクトラム上で最も低いキャリア周波数から最も高いキャリア周波数にかけて連続的にスイープするSWEEPのシンボルと、差動復号するための基準となる3シンボル分のREFのシンボルから構成される。
また、CWシンボルは、中心周波数のみで構成されている信号であり、信号レベルが一定である。一例として、10KHz、20KHz、30KHz、40KHz、50KHzのそれぞれに、帯域幅が4KHzであるサブキャリアが存在するOFDM変調信号では、30KHzが中心周波数となる。
また、SWEEPシンボルとしては、本例では、1シンボルの中で、最低周波数から最高周波数まで連続的に変化する信号を用いたが、他の例として、1シンボルの中で、最高周波数から最低周波数に連続的に変化し、更に、最低周波数から最高周波数に連続的に変化する信号を用いることも可能である。
図5(a)に示されるように、本例では、NULLシンボルから1フレームが始まって最後のデータシンボルで当該1フレームが終了する。また、図5(a)にはシンボル毎に等間隔な時間t0、t1、t2、・・・、tm(例えば、mは900)を示してあり、t0とt1との間の時間間隔のように隣り合う時間間隔が1シンボルの時間の長さに相当し、また、t0とtmとの間の時間間隔が1フレームの時間の長さに相当する。
伝送するデータが符号化部31に入力される。符号化部31では、伝送時においてデータに誤りが生じても訂正できるように、畳み込み符号による誤り訂正符号化やタイムインターリーブ化などの信号処理を行う。マッピング回路32では、例えば各サブキャリア毎にDQPSK方式を用いて、符号化部31から出力された信号をI軸及びQ軸からなるI−Q平面上の所定点の情報へ変換(マッピング)する。IFFT演算回路33では、マッピング回路32から出力されたI軸及びQ軸の信号を逆フーリエ変換して時間軸の波形へ変換する。
送信装置から無線により送信された信号がアンテナ41により受信される。ダウンコンバータ42では、アンテナ41により受信された無線周波数の信号をより低い中間周波数(IF:Intermediate Frequency)の信号へ周波数変換(ダウンコンバート)する。A/D変換部43では、ダウンコンバータ42から出力された信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換する。直交復調回路44では、A/D変換部43から出力された信号について、直交復調を行って、ベースバンド信号であるI軸信号及びQ軸信号を生成する。
加算平均回路12は、I軸信号に関する加算器21及びフリップフロップ(FF)22と、Q軸信号に関する加算器23及びフリップフロップ(FF)24を有している。
加算平均回路15は、加算器25及びフリップフロップ(FF)26を有している。
差動検波回路11には、FFT演算回路45によりフーリエ変換された直交復調信号のI軸信号及びQ軸信号が入力される。
本例では、FFT演算回路45によりOFDM変調方式の各サブキャリアの周波数毎にI軸信号及びQ軸信号が取得されており、復調回路1では、例えば、時分割によりこれら各サブキャリア毎に信号処理を行って、各サブキャリア毎にDQPSK方式に対応した復調を行う。
ここで、複数のサブキャリアについて、現在のシンボルのデータと1シンボル前のデータとが一致する場合には、その差動検波の結果は位相回転成分がゼロとなってI軸上の一点に集中する。一方、複数のサブキャリアについて、現在のシンボルのデータと1シンボル前のデータとが異なる場合には、その差動検波の結果は例えば±I軸上及び±Q軸上に平均的に分散する。
一方、同期シンボルに含まれるNULLシンボルやCWシンボルやSWEEPシンボルや1番目のREFシンボルについては、それぞれ、1シンボル前が異なるシンボルであり、その差動検波の結果は±I軸上及び±Q軸上に平均的に分散する。また、データ(DATA)シンボルについては、伝送されるデータに応じて通常はランダムに変化するため、その差動検波の結果は±I軸上及び±Q軸上に平均的に分散する。
同様に、加算平均回路12では、加算器23とフリップフロップ24及びシンボル毎のリセット信号を用いて、各シンボル毎における複数のサブキャリアについてのQ軸信号の加算平均結果が算出されてフリップフロップ24から簡易絶対値回路13へ出力される。
また、簡易絶対値回路14では、差動検波回路11から入力されたI軸信号I2及びQ軸信号Q2について、それぞれの絶対値を加算した値(|I2|+|Q2|)を簡易絶対値として演算し、当該簡易絶対値を加算平均回路15へ出力する。
ここで、本例では、簡易化した構成例として、簡易絶対値回路13や簡易絶対値回路14により、I軸成分IとQ軸成分Qとのそれぞれの絶対値の和(|I|+|Q|)を求めたが、他の構成例として、I軸成分Iの2乗値とQ軸成分Qの2乗値との和の平方根{sqrt(I2+Q2)}を演算する構成が用いられてもよい。
閾値算出回路16では、加算平均回路15から入力された加算平均結果の信号に対して例えば(1/4)を乗算し、当該乗算結果を閾値の信号として閾値比較回路17へ出力する。
なお、本例では、加算平均結果の値を(1/4)倍した値を閾値として決定したが、必ずしも(1/4)倍に限られず、システムや使用環境などに応じて閾値を求めるための倍率を(1/3)倍や(1/5)倍などに変更することも可能である。また、他の構成例として、所定の閾値を予め設定しておくような構成が用いられてもよい。
保護回路18では、閾値比較回路17から入力された判定結果に基づいてフレームの開始点を検出(例えば、推定的に検出)し、フレームの開始点を示すパルスFSTを生成して同期シンボル部分削除回路19へ出力する。
なお、図5(c)には、図5(a)に示される各シンボルと図5(b)に示される1シンボル前の各シンボルとの位相差(差動検波の結果)を加算平均した結果の大きさの一例を示してある。
また、本例では、2個のREFシンボルの位置に基づいてフレームの位置を検出したが、他の構成例として、これら2個のREFシンボルのうちのいずれか1個のみ(先の方、又は、後の方)の位置に基づいてフレームの位置を検出する構成とすることも可能である。
判定回路20では、同期シンボル部分削除回路19から入力されたデータシンボルの信号について、例えばDQPSK方式に応じて、現在のシンボルと1つ前のシンボルとの位相差に対応する0或いは1からなるビットのデータへ変換し、得られたデータを復調結果として復号化部46へ出力する。なお、このような判定は、例えば、時分割により、各サブキャリア毎及び各シンボル毎に行われる。
また、本例では、フレームに含まれる同期シンボル部分において、同一のシンボルであるREFシンボルが3個連続して並ぶ規格を例として説明したが、例えば、同一のシンボルが2個以上連続して並んでいれば、閾値比較回路17で1箇所以上のピークが検出されるため、本例と同様な構成を適用することが可能である。
また、本例の受信装置に備えられた復調回路1では、差動検波回路11の機能により差動検波手段が構成されており、加算平均回路12の機能や簡易絶対値回路13の機能により大きさ検出手段が構成されており、簡易絶対値回路14の機能や加算平均回路15の機能や閾値算出回路16の機能により閾値生成手段が構成されており、閾値比較回路17の機能によりタイミング検出手段が構成されており、保護回路18の機能によりフレームタイミング検出手段が構成されており、同期シンボル部分削除回路19の機能により同期シンボル部削除手段が構成されており、判定回路20の機能により判定手段が構成されている。
また、本発明の適用分野としては、必ずしも以上に示したものに限られず、本発明は、種々な分野に適用することが可能なものである。
また、本発明に係るシステムや装置などにおいて行われる各種の処理としては、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがROM(Read Only Memory)に格納された制御プログラムを実行することにより制御される構成が用いられてもよく、また、例えば当該処理を実行するための各機能手段が独立したハードウエア回路として構成されてもよい。
また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピー(登録商標)ディスクやCD(Compact Disc)−ROM等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体や当該プログラム(自体)として把握することもでき、当該制御プログラムを当該記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。
Claims (5)
- OFDM変調方式により変調された信号を受信する受信装置において、
前記OFDM変調方式による変調信号は、複数のサブキャリアについて各サブキャリア毎に差動符号化方式により変調されており、同一のシンボルが2個以上連続して配置されたものを含む同期シンボル部とデータシンボル部から構成されるフレームに形成されており、
当該受信装置は、前記受信信号をシンボル毎に各サブキャリア毎に差動検波する差動検波手段と、
前記差動検波手段による差動検波の結果のI軸信号及びQ軸信号のそれぞれをシンボル毎に前記複数のサブキャリアについて加算又は加算平均して、当該加算結果又は当該加算平均結果の大きさを検出する大きさ検出手段と、
前記大きさ検出手段により検出される大きさが所定の閾値以上となる又は所定の閾値を超えるタイミングを検出するタイミング検出手段と、
前記タイミング検出手段により検出されるタイミングに基づいてフレームのタイミングを検出するフレームタイミング検出手段と、を備えた、
ことを特徴とする受信装置。 - 請求項1に記載の受信装置において、
前記差動検波手段による差動検波の結果に基づいて前記所定の閾値を生成する閾値生成手段と、
前記フレームタイミング検出手段により検出されるフレームのタイミングに基づいて前記差動検波手段による差動検波の結果から前記同期シンボル部を削除する同期シンボル部削除手段と、
前記同期シンボル部削除手段により同期シンボル部が削除された結果であるデータシンボル部を判定して復調結果とする判定手段と、
を備えたことを特徴とする受信装置。 - OFDM変調方式により変調された信号を送信側の装置から受信側の装置へ伝送する伝送システムにおいて、
前記OFDM変調方式による変調信号は、複数のサブキャリアについて各サブキャリア毎に差動符号化方式により変調されており、同一のシンボルが2個以上連続して配置されたものを含む同期シンボル部とデータシンボル部から構成されるフレームに形成されており、
前記受信側の装置は、前記受信信号をシンボル毎に各サブキャリア毎に差動検波する差動検波手段と、
前記差動検波手段による差動検波の結果のI軸信号及びQ軸信号のそれぞれをシンボル毎に前記複数のサブキャリアについて加算又は加算平均して、当該加算結果又は当該加算平均結果の大きさを検出する大きさ検出手段と、
前記大きさ検出手段により検出される大きさが所定の閾値以上となる又は所定の閾値を超えるタイミングを検出するタイミング検出手段と、
前記タイミング検出手段により検出されるタイミングに基づいてフレームのタイミングを検出するフレームタイミング検出手段と、を備えた、
ことを特徴とする伝送システム。 - 請求項3に記載の伝送システムにおいて、
前記受信側の装置は、前記差動検波手段による差動検波の結果に基づいて前記所定の閾値を生成する閾値生成手段と、
前記フレームタイミング検出手段により検出されるフレームのタイミングに基づいて前記差動検波手段による差動検波の結果から前記同期シンボル部を削除する同期シンボル部削除手段と、
前記同期シンボル部削除手段により同期シンボル部が削除された結果であるデータシンボル部を判定して復調結果とする判定手段と、を備えた、
ことを特徴とする伝送システム。 - OFDM変調方式により変調された信号を受信する受信装置における受信方法において、
前記OFDM変調方式による変調信号は、複数のサブキャリアについて各サブキャリア毎に差動符号化方式により変調されており、同一のシンボルが2個以上連続して配置されたものを含む同期シンボル部とデータシンボル部から構成されるフレームに形成されており、
当該受信装置は、前記受信信号をシンボル毎に各サブキャリア毎に差動検波し、当該差動検波の結果のI軸信号及びQ軸信号のそれぞれをシンボル毎に前記複数のサブキャリアについて加算又は加算平均して、当該加算結果又は当該加算平均結果の大きさを検出し、当該検出した大きさが所定の閾値以上となる又は所定の閾値を超えるタイミングを検出し、当該検出したタイミングに基づいてフレームのタイミングを検出する、
ことを特徴とする受信方法。
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JP2005273754A JP4546372B2 (ja) | 2005-09-21 | 2005-09-21 | 受信装置、伝送システム及び受信方法 |
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