JP4786335B2 - 通信システム、受信機及び送信機 - Google Patents

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Description

本発明は、送信機及び受信機を有する通信システムに関し、特に、受信機における受信信号についてのオフセット成分の補正に関する。
受信機のミキサにおいて例えば、直流オフセット成分が発生する場合がある。このような直流オフセット成分の発生に対し、ミキサの後段においてフィードバック形式によって直流オフセット成分を補正することが一般的に行われている(例えば、特許文献1乃至3、非特許文献1参照)。
特開2003−134183号公報 特開2004−193724号公報 特開2004−201187号公報 「DCオフセットキャンセラを備えたダイレクトコンバージョン方式受信機における誤り率特性のシミュレーション評価」、B−5−29、2002年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会
しかし、上述した直流オフセットの補正の手法では、受信機側のハードウェア規模の増大、ソフト処理の必要性等、受信機における負荷が大きくなるとともに、出荷時の調整項目が多くなり、コスト増の要因となる。特に、携帯電話機等では、小型化及び低廉化が要求されるため、このような負荷の増大やコスト増は大きな問題となる。
本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、受信機側における負荷を軽減したオフセット成分の補正が可能な通信システム、受信機及び送信機を提供することにある。
本発明は、送信機及び受信機を有する通信システムであって、前記受信機は、受信信号についてのオフセット成分を検出するオフセット検出手段と、前記オフセット成分に関する情報を前記送信機へ通知する通知手段とを有し、前記送信機は、前記オフセット成分に関する情報に基づいて、送信信号に前記オフセット成分を打ち消すための成分を印加する印加手段を有し、前記送信機の印加手段は、複数の受信機に対して同時に送信信号を送信する場合、各受信機からの前記オフセット成分の量の平均値を算出し、該平均値に対応するオフセット成分を打ち消すための成分を印加することを特徴とする。
この構成によれば、受信機から送信機へオフセットに関する情報が通知され、送信機において、そのオフセット成分を打ち消すための成分が送信信号に印加される。すなわち、オフセット成分の補正が送信機側でなされるようになり、受信機側における負荷が軽減される。また、送信機から複数の受信機に対する送信が行われる場合に、各受信機におけるオフセット成分の量を考慮した適切な送信信号に対する成分の印加が可能となる。
また、本発明の通信システムは、前記オフセット検出手段が、予め定められたシンボルに対応する受信信号についての直流オフセット成分を検出し、前記印加手段は、前記予め定められたシンボルに対応する送信信号に前記直流オフセット成分を打ち消すための直流成分を印加するようにしてもよい。
この構成によれば、シンボル毎に直流オフセット成分の量が異なる場合に、送信機において各シンボルに対応する送信信号に適切な直流成分を印加することができる。
また、本発明の通信システムは、前記受信機は、前記送信機からの信号の復調によって生じる直流オフセット成分についてのベクトルの方向に、予め定められたシンボルが配されるように当該シンボルの位相を調整する位相調整手段を更に備えることとしてもよい。
また、本発明の通信システムは、前記オフセット検出手段が、受信信号についての周波数オフセット成分を検出し、前記印加手段は、前記送信信号に前記周波数オフセット成分を打ち消すための成分を印加することとしてもよい。
また、本発明の受信機は、複数の受信器に対して同時に信号を送信する場合、各受信機からのオフセット成分の量の平均値を算出し、該平均値に対応するオフセット成分を打ち消すための成分を印加する送信機と通信する受信機であって、前記送信機からの信号についてのオフセット成分を検出するオフセット検出手段と、前記オフセット成分に関する情報を前記送信機へ通知する通知手段とを有する。
また、本発明の受信機は、前記オフセット検出手段が、予め定められたシンボルに対応する受信信号についての直流オフセット成分を検出するようにしてもよい。
また、本発明の受信機は、前記受信機は、前記送信機からの信号の復調によって生じる直流オフセット成分についてのベクトルの方向に、予め定められたシンボルが配されるように当該シンボルの位相を調整する位相調整手段を更に備えることとしてもよい。
また、本発明の受信機は、前記オフセット検出手段が、受信信号についての周波数オフセット成分を検出するようにしてもよい。
また、本発明の送信機は、受信機における受信信号についてのオフセット成分を打ち消すための成分を送信信号に印加する印加手段を有し、前記印加手段は、複数の受信器に対して同時に送信信号を送信する場合、各受信機からの前記オフセット成分の量の平均値を算出し、該平均値に対応するオフセット成分を打ち消すための成分を印加することを特徴とする。
また、本発明の送信機は、前記印加手段が、予め定められたシンボルに対応する送信信号に、前記受信機における前記予め定められたシンボルに対応する受信信号についての直流オフセット成分を打ち消すための直流成分を印加するようにしてもよい。
また、前記印加手段が、前記送信信号に周波数オフセット成分を打ち消すための成分を印加するようにしてもよい。
本発明によれば、オフセット成分の補正が送信機側でなされるようになり、受信機側における負荷が軽減される。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る通信システムについて説明する。図1は、通信システムを構成する受信機の構成を示す図である。図1に示す受信機は、ダイレクトコンバージョン方式の携帯電話機等であり、アンテナ10、バンドパスフィルタ11、ローノイズアンプ(LNA)12、復調器13−1、13−2、局発信号出力部14−1、位相シフト部14−2、ローパスフィルタ15−1、15−2、可変アンプ16−1、16−2、アナログ/デジタル(A/D)コンバータ17−1、17−2、受信ベースバンド処理部18、当該受信ベースバンド処理部18内のオフセット検出部19により構成される。
図2は、通信システムを構成する送信機の構成を示す図である。図2に示す送信機は、送信ベースバンド処理部20、当該送信ベースバンド処理部20内のDC(直流)印加部21、デジタル/アナログ(D/A)コンバータ22−1、22−2、アンプ23−1、23−2、ローパスフィルタ24−1、24−2、変調部25−1、25−2、局発信号出力部26−1、位相シフト部26−2、アンプ27、バンドパスフィルタ28、アンテナ29により構成される。
まず、図1に示す受信機について説明する。アンテナ10は、送信機から送信される信号を受信する。バンドパスフィルタ11は、アンテナ10によって受信された信号に含まれる雑音成分を除去し、所定の周波数帯域の信号のみを通過させる。ローノイズアンプ12は、バンドパスフィルタ11を通過した信号を増幅し、復調器13−1及び13−2へ出力する。
局発信号出力部14−1は、ローノイズアンプ12から復調器13−1及び13−2に入力される信号の搬送波周波数と同一の周波数の局発信号を出力する。この局発信号は、復調器13−2にそのまま入力されるとともに、位相シフト部14−2によってπ/2だけ位相がシフトされた上で復調器13−1に入力される。
復調器13−1は、ローノイズアンプ12からの信号と、位相シフト部14−2によってπ/2だけ位相がシフトされた局発信号とのミキシングを行い、同相成分(I成分)のベースバンド信号をローパスフィルタ15−1へ出力する。一方、復調器13−2は、ローノイズアンプ12からの信号と、局発信号とのミキシングを行い、直交成分(Q成分)のベースバンド信号をローパスフィルタ15−2へ出力する。
ローパスフィルタ15−1は、入力したI成分のベースバンド信号のうち、所定の周波数帯域以下の信号のみを通過させる。同様に、ローパスフィルタ15−2は、入力したQ成分のベースバンド信号のうち、所定の周波数帯域以下の信号のみを通過させる。可変アンプ16−1は、ローパスフィルタ15−1を通過したI成分のベースバンド信号について振幅を所定レベルまで増幅させてA/Dコンバータ17−1へ出力する。可変アンプ16−2は、ローパスフィルタ15−2を通過したQ成分のベースバンド信号について振幅を所定レベルまで増幅させてA/Dコンバータ17−2へ出力する。A/Dコンバータ17−1は、可変アンプ16−1からのI成分のベースバンド信号をデジタル信号に変換して、受信ベースバンド処理部18へ出力する。同様に、A/Dコンバータ17−2は、可変アンプ16−2からのQ成分のベースバンド信号をデジタル信号に変換して、受信ベースバンド処理部18へ出力する。
受信ベースバンド処理部18は、I成分のベースバンド信号とQ成分のベースバンド信号とを入力し、キャリア同期、シンボル同期等の復調に必要な処理を行うことによって受信データであるシンボルを復調して出力する。
ここで、I成分のベースバンド信号には、復調器13−1において発生した直流オフセット成分が可変アンプ16−1によって増幅されたものが含まれ、Q成分のベースバンド信号には、復調器13−2において発生した直流オフセット成分が可変アンプ16−2によって増幅されたものが含まれている。受信ベースバンド処理部18内のオフセット検出部19は、復調器13−1において発生した、予め定められた特定のシンボル(例えばシンボル00)に対応するI成分のベースバンド信号に含まれる直流オフセット成分と、復調器13−2において発生した、予め定められた特定のシンボルに対応するQ成分のベースバンド信号に含まれる直流オフセット成分とを検出し、これら直流オフセット成分の量を含んだオフセットデータを送信機へ送る。なお、オフセット検出部19は、オフセットデータを、アンテナ10を介して送信機へ送信してもよく、他の伝送路を介して送信するようにしてもよい。
次に、図2の送信機について説明する。送信ベースバンド処理部20は、送信データであるシンボルを順次入力し、そのシンボルに対応する対応するI成分のベースバンド信号とQ成分のベースバンド信号とを生成する。この際、送信ベースバンド処理部20内のDC印加部21は、受信機からのオフセットデータを入力し、そのオフセットデータに含まれる直流オフセット成分の量に基づいて、予め定められた特定のシンボルに対応するI成分のベースバンド信号に対し、直流オフセット成分を打ち消すための直流成分を印加するとともに、予め定められた特定のシンボルに対応するQ成分のベースバンド信号に対し、直流オフセット成分を打ち消すための直流成分を印加する。また、DC印加部21は、オフセットデータ内の直流オフセット成分の量に基づいて、予め定められた特定のシンボル以外のシンボルに対応する直流オフセット成分の量を算出する。更に、DC印加部21は、その直流オフセット成分を打ち消すための直流成分を、予め定められた特定のシンボル以外のシンボルに対応するI成分のベースバンド信号とQ成分のベースバンド信号とに印加する。直流成分が印加されたI成分のベースバンド信号は、D/Aコンバータ22−1へ出力され、直流成分が印加されたQ成分のベースバンド信号は、D/Aコンバータ22−2へ出力される。
D/Aコンバータ22−1は、直流成分が印加されたI成分のベースバンド信号をアナログ信号に変換して、アンプ23−1へ出力する。同様に、D/Aコンバータ22−2は、直流成分が印加されたQ成分のベースバンド信号をアナログ信号に変換して、アンプ23−2へ出力する。アンプ23−1は、直流成分が印加されたI成分のベースバンド信号について振幅を所定レベルまで増幅させてローパスフィルタ24−1へ出力する。同様に、アンプ23−2は、直流成分が印加されたQ成分のベースバンド信号について振幅を所定レベルまで増幅させてローパスフィルタ24−2へ出力する。ローパスフィルタ24−1は、入力した直流成分が印加されたI成分のベースバンド信号のうち、所定の周波数帯域以下の信号のみを変調器25−1へ通過させる。同様に、ローパスフィルタ24−2は、入力した直流成分が印加されたQ成分のベースバンド信号のうち、所定の周波数帯域以下の信号のみを変調器25−2へ通過させる。
局発信号出力部26−1は、局発信号を出力する。この局発信号は、変調器25−2にそのまま入力されるとともに、位相シフト部26−2によってπ/2だけ位相がシフトされた上で変調器25−1に入力される。
変調器25−1は、ローパスフィルタ24−1からの直流成分が印加されたI成分のベースバンド信号と、位相シフト部26−2によってπ/2だけ位相がシフトされた局発信号とのミキシングを行い、直流成分が印加されたI成分のベースバンド信号に対応する所定の搬送波周波数の信号をアンプ27へ出力する。一方、変調器25−2は、ローパスフィルタ24−2からの直流成分が印加されたQ成分のベースバンド信号と、局発信号とのミキシングを行い、直流成分が印加されたQ成分のベースバンド信号に対応する所定の搬送波周波数の信号をアンプ27へ出力する。
アンプ27は、変調器25−1及び25−2からの信号について振幅を所定レベルまで増幅させてバンドパスフィルタ28へ出力する。バンドパスフィルタ28は、アンプ27によって増幅された信号に含まれる雑音成分を除去し、所定の周波数帯域の信号のみを通過させる。アンテナ29は、このバンドパスフィルタ28を通過した信号を受信機へ向けて送信する。
受信機は、この信号を受信することになるが、上述したようにI成分及びQ成分のベースバンド信号に、直流オフセット成分を打ち消すための直流成分が印加されているため、復調器13−1及び13−2で発生する直流オフセット成分は打ち消される。
図3は、送信機が送信する信号に対応するシンボルと、直流オフセット成分が発生する場合における受信機が受信する信号に対応するシンボルとの対応関係の一例を示す図である。送信機が図3(a)に示すように、QPSKにおける各シンボル「00」、「01」、「11」、「10」に対応する信号を送信する場合について考える。
この場合、受信機において、図3(b)に示すように、予め定められた特定のシンボル「00」の方向に直流オフセット成分50が発生すると、オフセット検出部19は、そのシンボル「00」に対応する直流オフセット成分の量をオフセットデータとして送信機へ送る。送信機では、図3(c)に示すように、DC印加部21が、このオフセットデータに基づいて、予め定められた特定のシンボル「00」に対応するI成分及びQ成分のベースバンド信号を送信する際に、直流オフセット成分50を打ち消すための直流成分51を印加する。なお、各シンボルに対応する直流オフセット成分の量は異なるが、シンボル「00」に対応する直流オフセット成分の量が定まれば、他のシンボル「01」、「11」、「10」に対応する直流オフセット成分の量も必然的に定まる。従って、DC印加部21は、シンボル「00」に対応する直流オフセット成分の量に基づいて、他のシンボル「01」、「11」、「10」に対応する直流オフセット成分の量についても算出し、これらシンボル「01」、「11」、「10」に対応するI成分及びQ成分のベースバンド信号を送信する際に、それぞれに対応する直流オフセット成分を打ち消すための直流成分を印加する。
このように、本実施形態の通信システムでは、受信機内のオフセット検出部19が、復調器13−1において発生した、I成分のベースバンド信号に含まれる直流オフセット成分と、復調器13−2において発生した、Q成分のベースバンド信号に含まれる直流オフセット成分とを検出し、これら直流オフセット成分の量を含んだオフセットデータを送信機へ送る。一方、送信機内のDC印加部21は、このオフセットデータに基づいて、直流オフセット成分を打ち消すための直流成分を、I成分のベースバンド信号とQ成分のベースバンド信号とに印加する。すなわち、直流オフセット成分の補正が送信機側でなされるようになり、受信機側における負荷が軽減される。特に、携帯電話機等では、このような負荷の軽減は、小型化及び低廉化を促進させるものとなる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、上述した直流オフセット成分を打ち消す処理においてもなお、直流オフセット成分が残る場合には、再度、受信ベースバンド処理部18内のオフセット検出部19が、復調器13−1において発生した、I成分のベースバンド信号に含まれる直流オフセット成分と、復調器13−2において発生した、Q成分のベースバンド信号に含まれる直流オフセット成分とを検出して、オフセットデータを送信機へ送る処理と、送信機の送信ベースバンド処理部20内のDC印加部21が、この受信機からのオフセットデータに基づいて、I成分のベースバンド信号とQ成分のベースバンド信号のそれぞれについて、直流オフセット成分を打ち消すための直流成分を印加する処理とが繰り返されることによって、復調器13−1及び13−2で発生する直流オフセット成分を打ち消すことが可能となる。この場合、受信ベースバンド処理部18内のオフセット検出部19による直流オフセット成分の検出周期は、受信機の負荷等に応じて可変とすることが望ましい。
また、送信機におけるDC印加部21は、受信機との通信終了時に内蔵するメモリ(図示せず)に当該受信機からのオフセットデータを保持しておき、再度通信が開始された場合には、その保持しているオフセットデータに基づいて、直流オフセット成分を打ち消すための直流成分を、I成分のベースバンド信号とQ成分のベースバンド信号とに印加するようにしてもよい。
また、送信機が複数の受信機との間で通信を行う場合には、受信機におけるオフセット検出部19が、当該受信機の識別情報をオフセットデータに含ませて送信機へ送るようにすればよい。これにより、送信機におけるDC印加部21は、通信相手の受信機毎に、その受信機からのオフセットデータに含まれる直流オフセット成分の量に基づいて、I成分のベースバンド信号とQ成分のベースバンド信号に対して直流オフセット成分を打ち消すための直流成分を印加することができる。
また、ブロードキャスト等、送信機から複数の受信機に対して同時に送信が行われる場合には、各受信機におけるオフセット検出部19は、キャリア同期、シンボル同期等によって、受信機間で予め定められた特定のシンボル(例えばシンボル00)に対応するI成分のベースバンド信号に含まれる直流オフセット成分と、Q成分のベースバンド信号に含まれる直流オフセット成分とを検出し、これら直流オフセット成分の量を含んだオフセットデータを送信機へ送る。
送信機におけるDC印加部21は、各受信機からのオフセットデータを取得し、I成分のベースバンド信号に含まれる直流オフセット成分の量の平均値と、Q成分のベースバンド信号に含まれる直流オフセット成分の量の平均値とを算出する。更に、DC印加部21は、I成分のベースバンド信号に含まれる直流オフセット成分の量の平均値に対応する直流オフセット成分を打ち消すための直流成分をI成分のベースバンド信号に印加するとともに、Q成分のベースバンド信号に含まれる直流オフセット成分の量の平均値に対応する直流オフセット成分を打ち消すための直流成分をQ成分のベースバンド信号に印加する。これにより、各受信機における直流オフセット成分の量を考慮した適切な直流成分の印加が可能となる。
なお、送信機のDC印加部21で、各受信機からのオフセットデータを取得し、I成分のベースバンド信号に含まれる直流オフセット成分の量の平均値と、Q成分のベースバンド信号に含まれる直流オフセット成分の平均値とを算出するにあたり、受信機側では以下のような処理を予め行うようにすることが望ましい。
すなわち、受信機の受信ベースバンド処理部18では、I成分のベースバンド信号とQ成分のベースバンド信号とを入力して、キャリア同期等の復調に必要な処理を行うが、この場合、受信ベースバンド処理部18においては、直流オフセット成分50(図3の{b}参照)のベクトルの方向に、予め定められた特定のシンボル(例えば「00」)が配されるように当該シンボルの位相を調整するようにする。そして、このようなシンボルの位相調整を、複数の受信機がそれぞれ行うことによって、複数の受信機において、予め定められた特定のシンボルに対応する直流オフセット成分50のベクトルの方向を統一させることが可能になる。したがって、送信機で直流オフセット成分の量の平均値を算出した場合には、この平均値を使って各受信機における直流オフセット成分の量を考慮した適切な直流成分の印加が可能となる。
また、本発明の上記実施形態では、受信機における受信信号の復調によって生じる直流オフセット成分の補正を送信機側で行うようにしたが、本発明では、これに限らず、例えば、受信機における受信信号の周波数オフセット成分を、周波数オフセット検出回路(図示せず)で検出して、検出した周波数オフセット成分に関する情報を送信機側へ送信し、送信機側で、送信信号に対して、この周波数オフセット成分を打ち消すための成分を印加するようにしても良い。
以上、説明したように、本発明に係る通信システム、受信機及び送信機は、受信機側における負荷を軽減したオフセット成分の補正が可能であり、通信システム等として有用である。
受信機の構成図である。 送信機の構成を示す図である。 送信機が送信する信号に対応するシンボルと、直流オフセット成分が発生する場合における受信機が受信する信号に対応するシンボルとの対応関係の一例を示す図である。
符号の説明
10,29 アンテナ、11,28 バンドパスフィルタ、12 ローノイズアンプ、13−1,13−2 復調器、14−1,26−1 局発信号出力部、14−2,26−2 位相シフト部、15−1,15−2 24−1,24−2 ローパスフィルタ、16−1,16−2 可変アンプ、17−1,17−2 A/Dコンバータ、18 受信ベースバンド処理部、19 オフセット検出部、20 送信ベースバンド処理部、21 DC印加部、22−1,22−2 D/Aコンバータ、23−1,23−2,27 アンプ、25−1,25−2 変調部。

Claims (11)

  1. 送信機及び受信機を有する通信システムであって、
    前記受信機は、
    受信信号についてのオフセット成分を検出するオフセット検出手段と、
    前記オフセット成分に関する情報を前記送信機へ通知する通知手段とを有し、
    前記送信機は、
    前記オフセット成分に関する情報に基づいて、送信信号に前記オフセット成分を打ち消すための成分を印加する印加手段を有し、
    前記送信機の印加手段は、複数の受信機に対して同時に送信信号を送信する場合、各受信機からの前記オフセット成分の量の平均値を算出し、該平均値に対応するオフセット成分を打ち消すための成分を印加することを特徴とする通信システム。
  2. 前記オフセット検出手段は、予め定められたシンボルに対応する受信信号についての直流オフセット成分を検出し、
    前記印加手段は、前記予め定められたシンボルに対応する送信信号に前記直流オフセット成分を打ち消すための直流成分を印加することを特徴とする請求項1に記載の通信システム。
  3. 前記受信機は、前記送信機からの信号の復調によって生じる直流オフセット成分についてのベクトルの方向に、予め定められたシンボルが配されるように当該シンボルの位相を調整する位相調整手段を更に備える、ことを特徴とする請求項1ないし3いずれかの請求項に記載の通信システム。
  4. 前記オフセット検出手段は、受信信号についての周波数オフセット成分を検出し、
    前記印加手段は、前記送信信号に前記周波数オフセット成分を打ち消すための成分を印加することを特徴とする請求項1に記載の通信システム。
  5. 複数の受信器に対して同時に信号を送信する場合、各受信機からのオフセット成分の量の平均値を算出し、該平均値に対応するオフセット成分を打ち消すための成分を印加する送信機と通信する受信機であって、
    前記送信機からの信号についてのオフセット成分を検出するオフセット検出手段と、
    前記オフセット成分に関する情報を前記送信機へ通知する通知手段とを有することを特徴とする受信機。
  6. 前記オフセット検出手段は、予め定められたシンボルに対応する受信信号についての直流オフセット成分を検出することを特徴とする請求項5に記載の受信機。
  7. 請求項5に記載の受信機において、
    前記受信機は、前記送信機からの信号の復調によって生じる直流オフセット成分についてのベクトルの方向に、予め定められたシンボルが配されるように当該シンボルの位相を調整する位相調整手段を更に備える、ことを特徴とする受信機。
  8. 前記オフセット検出手段は、受信信号についての周波数オフセット成分を検出することを特徴とする請求項5に記載の受信機。
  9. 受信機における受信信号についてのオフセット成分を打ち消すための成分を送信信号に印加する印加手段を有し、
    前記印加手段は、複数の受信器に対して同時に送信信号を送信する場合、各受信機からの前記オフセット成分の量の平均値を算出し、該平均値に対応するオフセット成分を打ち消すための成分を印加することを特徴とする送信機。
  10. 前記印加手段は、予め定められたシンボルに対応する送信信号に、前記受信機における前記予め定められたシンボルに対応する受信信号についての直流オフセット成分を打ち消すための直流成分を印加することを特徴とする請求項9に記載の送信機。
  11. 前記印加手段は、前記送信信号に周波数オフセット成分を打ち消すための成分を印加することを特徴とする請求項9に記載の送信機。
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