JP5035044B2 - ダイバーシティ受信装置および自動利得調整方法およびプログラム - Google Patents

ダイバーシティ受信装置および自動利得調整方法およびプログラム Download PDF

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本発明は、ダイバーシティ受信装置および自動利得調整方法およびプログラムに関する。
一般的に受信ダイバーシティとは、複数(例えば、2本)のアンテナから系統♯1および系統♯2の信号をそれぞれ受信し、それをディジタル信号処理装置において系統♯1および系統♯2の信号の位相を同期させ、一般的に使われている最大比合成の場合には、信号レベルに応じて重み付けを行い合成し、最終的にSN比(以降SNRとする)を最大にする機能を有するもので、特にフェージング環境下で効果を発揮するものである。
このとき、高速フェージングなどで、系統♯1が瞬時にレベル低下(劣化)した信号(SNRが悪い信号)を受信した場合には、系統♯2には安定したレベルの信号(SNRが良い信号)を受信する場合がある。そのような場合には、受信装置では受信レベルに反比例したAGC(Automatic
Gain Control)が設定される。つまり系統♯1には系統♯2より大きなAGC値が設定され、系統♯2には系統♯1よりも小さなAGC値が設定される。
特開2004−274639号公報 特開平5−259951号公報
上述したようなAGC値の制御によれば、ダイバーシティ受信装置から系統♯1のSNRが良くない信号に対し大きなAGC値が設定され、結果としてSNRの良い系統♯2より大きなレベルとして出力されてしまう。
さらに、ディジタル信号処理装置では、本来、受信レベルやSNR変動に応じてディジタル信号処理装置にて重み付け値が変更され、系統♯1で重み付けを下げ、系統♯2で重み付けを上げることでSNRを確保するが、高速フェージング環境下ではレベル変動が急峻なため、即座に最適な重み付け値をフィードバックできないため、例えば、系統♯1と系統♯2とにレベル変動前に最適であった重み付け値が設定され、最大比合成結果としては、最悪、系統♯1のノイズ成分が大きな割合を占め、SNRが劣化したものになる場合がある。
本発明は、このような課題を解決するために行われたものであって、受信ダイバーシティにおける系統♯1および系統♯2のどちらかで急峻に受信レベル劣化が発生した場合でもディジタル信号処理装置での最大比合成を劣化させないダイバーシティ受信装置および自動利得調整方法およびプログラムを提供することを目的とする。
本発明は、複数のアンテナを用いてそれぞれ受信した第一系統および第二系統の受信信号に対してそれぞれディジタル信号処理を行い、この第一系統および第二系統の受信信号の位相を同期させ、信号レベルに応じて重み付けを行い合成する受信ダイバーシティ手段と、上記第一系統の受信信号と第二系統の受信信号との信号レベルを比較し、これらの信号レベルに応じた利得調整値をそれぞれの系統の受信信号に与える自動利得調整手段とを備えたダイバーシティ受信装置であって、上記信号レベル差または利得調整値の差が所定の値を超えた場合には、利得調整値の大きい系統の利得調整値の値を制限して利得調整値の差を所定値以下に制限する手段を備えたことを特徴とする。
また、本発明を自動利得調整方法としての観点からみると、本発明は、複数のアンテナを用いてそれぞれ受信した第一系統および第二系統の受信信号に対してそれぞれディジタル信号処理を行い、この第一系統および第二系統の受信信号の位相を同期させ、信号レベルに応じて重み付けを行い合成する受信ダイバーシティを行う際に、上記第一系統の受信信号と第二系統の受信信号との信号レベルを比較し、これらの信号レベルに応じた利得調整値をそれぞれの系統の受信信号に与える自動利得調整を行うダイバーシティ受信装置に適用される自動利得調整方法であって、上記信号レベル差または利得調整値の差が所定の値を超えた場合には、利得調整値の大きい系統の利得調整値の値を制限して利得調整値の差を所定値以下に制限することを特徴とする。
本発明をプログラムとしての観点から観ると、本発明は、情報処理装置にインストールすることにより、その情報処理装置に、複数のアンテナを用いてそれぞれ受信した第一系統および第二系統の受信信号に対してそれぞれディジタル信号処理を行い、この第一系統および第二系統の受信信号の位相を同期させ、信号レベルに応じて重み付けを行い合成する受信ダイバーシティを制御する機能と、上記第一系統の受信信号と第二系統の受信信号との信号レベルを比較し、これらの信号レベル差に応じた利得調整値をそれぞれの系統の受信信号に与える自動利得調整機能とを備えたダイバーシティ受信装置の機能を実現するプログラムであって、上記信号レベル差または利得調整値の差が所定の値を超えた場合には、利得調整値の大きい系統の利得調整値の値を制限して利得調整値の差を所定値以下に制限する機能を実現することを特徴とする。
本発明によれば、受信ダイバーシティにおける系統♯1および系統♯2のどちらかで急峻に受信レベル劣化が発生した場合でもディジタル信号処理装置での最大比合成を劣化させないようにすることができる。
本発明の第一の実施形態のダイバーシティ受信装置を図1および図2を参照して説明する。図1は、第一の実施形態のダイバーシティ受信装置の全体構成図である。図2は、第一の実施形態のダイバーシティ受信装置におけるディジタル信号処理装置2内受信部の簡易ブロック図である。
(第一の実施形態の概要の説明)
第一の実施形態は、複数(ここでは2本)のアンテナ♯1および♯2、RF装置4、アナログ信号処理装置3、ディジタル信号処理装置2で構成された受信ダイバーシティ受信装置である。
このダイバーシティ受信装置において、受信信号の系統♯1と系統♯2とのAGC差を制限することで系統♯1、系統♯2のどちらかの受信レベルが瞬時に劣化した場合にも、受信信号の最大比合成結果が劣化しないようにする。
そこで、系統♯1と系統♯2とのダイバーシティ受信装置のAGC差を制限することで、SNRが良くない系統♯1の信号に大きなAGC値が設定されることを回避し、それにより系統♯1のレベルを抑制できるため、ディジタル信号処理装置での重み付けが最適でない場合でも最大比合成結果のSNR劣化を回避、あるいは抑制することができる。
なお、特許文献1および2においても受信レベル差に応じてAGCの利得値を制御する提案がなされているが、特許文献1の目的は、ディジタル信号処理の計算量の低減であり、特許文献2の目的は、AGC回路の簡易化であり、本発明の目的とは異なる。
すなわち、第一の実施形態は、図1および図2に示すように、2本のアンテナ♯1および♯2を用いてそれぞれ受信した系統♯1および系統♯2の受信信号に対してそれぞれディジタル信号処理装置2の系統♯1処理部2−1および系統♯2処理部2−2によりディジタル信号処理を行い、この系統♯1および系統♯2の受信信号の位相を同期させ、信号レベルに応じて重み付けを行い合成する受信ダイバーシティ手段である合成部24と、系統♯1の受信信号と系統♯2の受信信号との信号レベルを比較し、これらの信号レベル差に反比例した利得調整値をそれぞれの系統の受信信号に与える自動利得調整手段である電力計算&AGC部20−1および20−2とを備えたダイバーシティ受信装置である。第一の実施形態では、信号レベル差または利得調整値に上限を設ける手段を電力計算&AGC部20−1および20−2に備える。
電力計算&AGC部20−1および20−2における信号レベル差または利得調整値に上限を設ける手段の動作を図3を参照して説明する。図3は、電力計算&AGC部における信号レベル差または利得調整値に上限を設ける手段の動作を説明するフローチャートである。なお、信号レベル差に上限を設定せず、利得調整値に上限を設定する方法と、信号レベル差に上限を設定することにより、その結果として利得調整値に、必然的に上限が設定される方法とがある。いずれの方法でも本発明の実施形態を実現することができるが、以下の説明では、信号レベル差に上限を設定する方法を説明する。
また、第一の実施形態では、電力計算&AGC部20−1および20−2を統括的に制御することが必要となる。そのための機能は、電力計算&AGC部20−1または20−2のいずれか一方が備えればよい。この機能を備えた方の機能ブロックは、他方の機能ブロックから受信レベルの通知を受け取る。ここでは、電力計算&AGC部20−1が統括的に制御する機能を有するとして説明する。
図3に示すように、電力計算&AGC部20−1は、電力計算&AGC部20−1および20−2が受信した受信レベルにより受信レベル差を検出する(ステップS1)。このときに、受信レベル差が上限を超えている場合には(ステップS2のNo)、AGC値の決定を行うための受信レベル差として上限値を出力する(ステップS3)。また、受信レベル差が上限を超えていない場合には(ステップS2のYes)、AGC値の決定を行うための受信レベル差として通常値を出力する(ステップS4)。
(第一の実施形態の構成の説明)
図1に示すように、第一の実施形態は、CPU装置1とその基本的制御下にあるディジタル信号処理装置2、アナログ信号処理装置3、RF装置4、メモリ装置5、電源装置6とから構成されている。
CPU装置1は、ディジタル信号処理装置2、アナログ信号処理装置3、RF装置4、メモリ装置5、電源装置6の制御、およびディジタル信号処理装置2とのデータのやり取りをする。
RF装置4は、無線信号の復調を行う機能ブロックであり、4−1、4−2はそれぞれRF装置4の系統♯1処理部、系統♯2処理部である。アナログ信号処理装置3は、RF装置4からの信号をAD変換しディジタル信号処理装置2へ出力する。アナログ信号処理装置3の系統♯1処理部3−1および系統♯2処理部3−2は、それぞれRF装置4の系統♯1処理部4−1および系統♯2処理部4−2からの信号をAD変換しディジタル信号処理装置2の系統♯1処理部2−1および系統♯2処理部2−2へ出力する。
ディジタル信号処理装置2は、ディジタル信号処理装置2の系統♯1処理部2−1および系統♯2処理部2−2で信号の逆拡散、信号同期、合成などを行い、その結果をディジタル信号処理にて復号化しCPU装置1へ送り、また、信号のレベル計算を行い、その結果に基づきRF装置4のRFアンプ(図示省略)で必要なAGC値を決定して設定する。また、信号のレベルおよびSNRをもとに、合成時の重み付け値を決定する。メモリ装置5は、制御情報などが書き込まれており、CPU装置1が制御に応じて読み書きをする。また、電源装置6は、CPU装置1からの制御に従い、CPU装置1、ディジタル信号処理装置2、アナログ信号処理装置3、RF装置4、メモリ装置5の電源供給を行う。アンテナ♯1、♯2は信号を受信する。
また、図2に示すように、3GPP(Third Generation
Partnership Project)で仕様化されているWCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)の場合には、ディジタル信号処理装置2内部は、系統毎に、電力計算&AGC設定部20−1、20−2、逆拡散部21−1、21−2、チャネル推定部22−1、22−2、同期検波部23−1、23−2、合成部24、復号化部25とから構成される。
電力計算&AGC設定部20−1、20−2は、信号のレベル算出およびレベル差をもとにAGC値を決定し、RF装置4に設定する。逆拡散部21−1、21−2は、コードによりスペクトラム拡散化された信号を逆拡散によりノイズ除去させ復号化する。チャネル推定部22−1、22−2は、フェージングによる位相回転を推測し、同期検波部23−1、23−2に位相補正量を設定する。同期検波部23−1、23−2は、信号内にあるパイロット信号をもとにチャネル推定部22−1、22−2から設定された位相補正量を参考にし、位相同期させる。合成部24は、系統♯1、系統♯2の位相同期された信号に重み付けを行い、それを足し合わせると共にSNRを算出し、受信レベル、SNRより重み付け値を決定する。復号化部25は、合成された信号に対し、さらに誤り訂正、デインターリーブ、レートマッチングをする。
また、図4は、合成部24の簡易ブロック図である。系統♯1の信号S♯1および系統♯2の信号♯2に、受信レベルおよびSNRより決定された重み付け値に応じた重み付けW1およびW2を行った(乗算した)後に合成(加算)し、これを正規化して合成後信号とする。
(第一の実施形態の動作の説明)
まず、AGC値の計算方法を一例として示す。アナログ信号処理装置3のADコンバータが8ビットでフルスケールの―3dB下がったところを収束ポイントとしたとき、AD値としては、10^(−3/20)*(2^(8−1)−1)=約90が収束ポイントとなる。
アンテナに−60dBmというレベルの信号を入れて、AGC=40dBを設定したときに、AD値として“90”になるとする。あるレベルの信号を入力したときに、AD値=“80”となるならば、20*Log(90/80)=−約1dBとなり、AGC値を1dB上げてやる必要があり、AGC=41dBと設定してやれば、収束ポイントであるAD値“90”になる。
レベル計算方法は、AGC=41dBと決定すれば、入力レベル−61dBmと決定する。このAGC値とレベル計算は3GPPで規定されたWCDMAの場合には、毎スロット(約667マイクロ秒)行われる。
上記したAGC値とレベル計算に基づき、第一の実施形態を説明する。前提として、系統♯1と系統♯2のAGC差を制限する、例えばAGC差≦20dBとし、AGC値が大きい方の系統に制限をかけることとする。例えば、系統♯1のAGC値=30dB、系統♯2のAGC値=60dBならば、系統♯2のAGC値=50dBに変更される。
系統♯1と系統♯2とにおいて、両方ともアンテナにて−60dBmという信号レベル、AGC値=40dB設定とする。しかし、時速200kmで走る新幹線搭乗時などで発生する高速フェージングの影響で、系統♯1のみが急峻にレベル劣化し、−90dBmになると、ディジタル信号処理装置2はレベル劣化を検出し、従来のAGC計算ではAGC=70dB設定となるが、AGC差≦20dBに制限されているため、次のスロットで設定されるAGC=60dB設定となる。この状況を図5に示す。図5は、系統♯2の受信レベルは常に−60dBm、AGC値は常に40dBとする。
一方、重み付けは、AGC値が毎スロット更新されるのに対し、毎40ms(40スロット)といったAGCと比較し長い周期で更新されるため、高速フェージング環境下で急峻にレベル劣化した場合にも系統♯1と系統♯2の重み付け値はフィードバックされない。例えば、レベルのみで重み付けをされている場合には、40msでのレベル平均値にもとづき決定されるため、瞬時、例えば40スロット中、2スロットだけ−90dBmで、それ以外が−60dBmであるならば、平均レベルとして−60.2dBm程度となり、レベルとして変化はほとんど無いため、重み付け値としても変更されない。
これは、受信レベルが常に変動しているが、それにもとづき常に次のスロットで重み付け値を更新させると、既に受信レベルが変動し最適な重み付け値でなくなる可能性が高く、かえって最大比合成の効果が得られない状況を回避するためである。
つまり、レベル変動が激しく変動している系統♯1の信号はSNRが良くない、ノイズ成分が支配的と判断し、本来収束ポイントとなっているAD値より値を下げ、ノイズ成分レベルを上げることを抑制するため、レベル劣化に基づく最適な重み付けがフィードバックされなくとも、合成時のSNR劣化を回避することができる。
また、図6にRF装置4内のノイズ成分支配的な1系統のAGC出力レベルが大きいため、2系統の信号ラインにノイズ成分が漏れこむ例を示してあり、本発明の実施形態では系統♯1と系統♯2のAGC差を制限しているため、ノイズ成分が支配的な系統♯1の信号へのAGCが抑制されるため、RF装置4内で系統♯1の信号が系統♯2の信号へ漏れこみ、受信特性への影響を抑制できる効果もある。
(第二の実施形態)
本発明の第二の実施形態について説明する。第二の実施形態は、系統♯1と系統♯2で設定された上限値を超えた受信レベル差が発生しその結果として上限値を超えたAGC差以上が発生し、かつ合成結果としてSNRが劣化した場合に、AGC値が大きい方の系統に制限をかける点で第一の実施形態と異なる。
系統♯1と系統♯2において、両方ともアンテナにて−60dBmという信号レベル、AGC=40dB設定とする。しかし、時速200kmで走る新幹線搭乗時などで発生する高速フェージングの影響で、系統♯1のみが急峻にレベル劣化し、−90dBmとなり、ディジタル信号処理装置2はレベル劣化を検出し、従来のAGC計算通りAGC=70dBを設定し、それにより合成後SNR劣化発生した場合には、次のスロットではAGC差制限を有効にする、例えばAGC差≦20dBにする。
それにより、次のスロットで従来のAGC計算通りAGC=70dBならば、設定されるAGC=60dB設定となる。以降でAGC差≦20dBに収まったならば、AGC差制限を解除する。この状況を図7に示す。図7は、系統♯2の受信レベルは常に−60dBm、AGC値は常に40dBとする。
これにより、AGC差はあるが、合成によりSNR効果が得られるにも関わらず、AGC差制限を有効にし、結果として合成の効果を半減させることを回避する。
第二の実施形態における電力計算&AGC部20−1の動作を図8のフローチャートを参照して説明する。図8に示すように、電力計算&AGC部20−1は、合成部24からのSNR劣化通知を監視し(ステップS10)、所定値以下であれば(ステップS11のYes)、電力計算&AGC部20−1および20−2が受信した受信レベルにより受信レベル差を検出する(ステップS12)。このときに、受信レベル差が上限を超えている場合には(ステップS13のNo)、AGC値の決定を行うための受信レベル差として上限値を出力する(ステップS14)。また、受信レベル差が上限を超えていない場合には(ステップS13のYes)、AGC値の決定を行うための受信レベル差として通常値を出力する(ステップS15)。
(効果の説明)
第一の効果は、受信ダイバーシティ動作時に、高速フェージングなどの影響で系統♯1、系統♯2のどちらかの信号が急峻にレベル劣化した場合に、RF装置4でのAGC差の制限を設けることで、ノイズ成分が支配的な信号レベルを抑制できるため、ディジタル信号処理装置2での最大比合成によるSNR劣化を回避することができる。
第二の効果は、受信ダイバーシティ動作時に、高速フェージングなどの影響で系統♯1、系統♯2のどちらかの信号が急峻にレベル劣化した場合に、RF装置4でのAGC差の制限を設けることで、RF装置4内での良好な信号を得られている系統へのノイズリークを抑制でき、結果として受信特性劣化を回避する。
第三の効果は、受信ダイバーシティ動作時に、高速フェージングなどの影響で系統♯1、系統♯2のどちらかの信号が急峻にレベル劣化し、かつ最大比合成後のSNR劣化が発生している場合のみ、RF装置4でのAGC差の制限を設けることで、ノイズ成分が支配的な信号レベルを抑制でき、ディジタル信号処理装置2での最大比合成によるSNR劣化を回避することができる。
本発明は、例えば、携帯電話端末のように、高速に移動する新幹線等の中でも使用されるようなダイバーシティ受信装置に適用することにより、受信ダイバーシティにおける系統♯1および系統♯2のどちらかで急峻に受信レベル劣化が発生した場合でもディジタル信号処理装置での最大比合成を劣化させないようにすることができる。
本発明の実施形態のダイバーシティ受信装置の全体構成図である。 本発明の実施形態のダイバーシティ受信装置におけるディジタル信号処理装置内受信部の簡易ブロック図である。 電力計算&AGC部における信号レベル差または利得調整値に上限を設ける手段の動作を説明するフローチャートである。 合成部の簡易ブロック図である。 第一の実施形態の動作状況を説明するための図である。 RF装置内のノイズ成分支配的な系統♯1のAGC出力レベルが大きいため、系統♯2の信号ラインにノイズ成分が漏れこむ例を示す図である。 第二の実施形態の動作状況を説明するための図である。 第二の実施形態における電力計算&AGC部の動作を示すフローチャートである。
符号の説明
1 CPU装置
2 ディジタル信号処理装置
2−1 ディジタル信号処理装置の系統♯1処理部
2−2 ディジタル信号処理装置の系統♯2処理部
3 アナログ信号処理装置
3−1 アナログ信号処理装置の系統♯1処理部
3−2 アナログ信号処理装置の系統♯2処理部
4 RF装置
4−1 RF装置の系統♯1処理部
4−2 RF装置の系統♯2処理部
5 メモリ装置
6 電源装置
20−1、20−2 電力計算&AGC部
21−1、21−2 逆拡散部
22−1、22−2 チャネル推定部
23−1、23−3 同期検波部
24 合成部
25 復号化部

Claims (6)

  1. 複数のアンテナを用いてそれぞれ受信した第一系統および第二系統の受信信号に対してそれぞれディジタル信号処理を行い、この第一系統および第二系統の受信信号の位相を同期させ、信号レベルに応じて重み付けを行い合成する受信ダイバーシティ手段と、
    上記第一系統の受信信号と第二系統の受信信号との信号レベルを比較し、これらの信号レベルに応じた利得調整値をそれぞれの系統の受信信号に与える自動利得調整手段と
    を備えたダイバーシティ受信装置において、
    上記信号レベル差または利得調整値の差が所定の値を超えた場合には、利得調整値の大きい系統の利得調整値の値を制限して利得調整値の差を所定値以下に制限する手段を備えた
    ことを特徴とするダイバーシティ受信装置。
  2. 前記受信ダイバーシティ手段の合成結果に基づくSN比が所定のレベル以下となった状況下に限定して前記制限する手段を有効にする請求項1記載のダイバーシティ受信装置。
  3. 複数のアンテナを用いてそれぞれ受信した第一系統および第二系統の受信信号に対してそれぞれディジタル信号処理を行い、この第一系統および第二系統の受信信号の位相を同期させ、信号レベルに応じて重み付けを行い合成する受信ダイバーシティを行う際に、
    上記第一系統の受信信号と第二系統の受信信号との信号レベルを比較し、これらの信号レベルに応じた利得調整値をそれぞれの系統の受信信号に与える自動利得調整を行う
    ダイバーシティ受信装置に適用される自動利得調整方法において、
    上記信号レベル差または利得調整値の差が所定の値を超えた場合には、利得調整値の大きい系統の利得調整値の値を制限して利得調整値の差を所定値以下に制限する
    ことを特徴とする自動利得調整方法。
  4. 前記受信ダイバーシティの合成結果に基づくSN比が所定のレベル以下となった状況下に限定して前記制限する請求項3記載の自動利得調整方法。
  5. 情報処理装置にインストールすることにより、その情報処理装置に、
    複数のアンテナを用いてそれぞれ受信した第一系統および第二系統の受信信号に対してそれぞれディジタル信号処理を行い、この第一系統および第二系統の受信信号の位相を同期させ、信号レベルに応じて重み付けを行い合成する受信ダイバーシティを制御する機能と、
    上記第一系統の受信信号と第二系統の受信信号との信号レベルを比較し、これらの信号レベル差に応じた利得調整値をそれぞれの系統の受信信号に与える自動利得調整機能と
    を備えたダイバーシティ受信装置の機能を実現するプログラムにおいて、
    上記信号レベル差または利得調整値の差が所定の値を超えた場合には、利得調整値の大きい系統の利得調整値の値を制限して利得調整値の差を所定値以下に制限する機能を実現する
    ことを特徴とするプログラム。
  6. 前記受信ダイバーシティ機能の合成結果に基づくSN比が所定のレベル以下となった状況下に限定して前記制限する機能を有効にする機能を実現する請求項5記載のプログラム。
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