JP5349279B2 - 送信電力制御装置 - Google Patents

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本発明は、無線通信機器から送信する信号の電力を一定に制御する送信電力制御装置に関する。
例えば、MCA(Multi−Channel Access)方式を利用した業務用の無線通信機器では、送信電力値が規定範囲を逸脱しないように無線通信機器からの送信電力を所望のレベルに制御することが要求される。
また、携帯電話等の移動体通信システムにおいて採用されている多元接続方式の1つであるCDMA(Code Division Multiple Access)方式では、複数の移動局と1つの基地局との間で同じ周波数を使用して信号の送受信を行う際、各移動局が同じ送信電力で信号を送信すると、基地局から遠いセル周辺の移動局からの低い受信レベルの受信信号が、基地局近傍の高い受信レベルの受信信号によってマスクされてしまう、いわゆる「遠近問題」が生じる。従って、MCA方式を利用した業務用の無線通信機器の場合と同様に、CDMA方式においても、移動局からの送信電力制御を一定レベルに制御する必要がある。
ところで、これらの無線通信機器には、通常、送信電力のレベルを自動制御する機能として、APC(Automatic Power Control)機能が組み込まれている。
例えば、特許文献1に開示された先行技術では、電力増幅器により増幅された送信信号の電圧をダイオードからなる検波器で包絡線検波し、検波した電圧を、検波器の特性に応じて設定した変換テーブルを用いて電力値に変換し、この電力値が指定した送信電力値となるように、フィードバック量を算出して出力レベルを調整するフィードバック制御を行っている。
特開2005−236759号公報
しかしながら、電圧を電力値に変換する変換テーブルは、検波器を含むフィードバック回路を構成するデバイスの特性を考慮し、無線通信機器毎に個々に作成しなければならないため、変換テーブルの作成に相当な時間を要してしまう。また、デバイスの特性には温度依存性があり、高精度な電力制御を行うためには、温度毎に変換テーブルを作成して保持する必要がある。従って、大量のデータからなる変換テーブルを格納するメモリも必要となる。なお、変換テーブルに代えて、温度を変数とする変換式を設定することも考えられるが、このような変換式は、あくまでも近似式であるため、高精度な電力制御を行える補償はない。
本発明は、前記の不具合を解消するためになされたものであって、送信信号の電力を簡単な構成で高精度に制御し、所望の出力レベルからなる送信信号を得ることのできる送信電力制御装置を提供することを目的とする。
本発明に係る送信電力制御装置は、送信信号の電力を増幅する電力増幅器と、前記電力を検出する電力検出器と、検出した前記電力である電力値を設定した目標電力値とするため、前記電力値から前記電力増幅器を制御する電力制御量を生成するフィードバック回路とを備え、前記フィードバック回路は、検出した前記電力値と、前記目標電力値との差分を算出する差分算出部と、前記差分を前記電力制御量に対する補正制御量に変換するためのループバックゲインを生成するゲイン生成部と、前記電力制御量を前記補正制御量により補正し、新たな前記電力制御量を算出する電力制御量算出部とを有し、前記ゲイン生成部は、前回の前記電力制御量と今回の前記電力制御量との差分を制御変化量として算出する制御変化量算出部と、前回の前記電力値と前記制御変化量と前回の前記ループバックゲインとから、今回の前記電力制御量により前記電力増幅器を制御した場合に検出が予測される予測電力値を算出する予測値算出部と、今回の前記電力制御量により前記電力増幅器を制御して検出した前記電力値と前記予測電力値とから、前回のループバックゲインの大小を判定し、今回の前記ループバックゲインを算出するゲイン更新部とを有することを特徴とする。
前記送信電力制御装置において、前記フィードバック回路は、前記補正制御量DIFFnを一定比率に制限するための反映率αを設定する反映率設定部を有し、前記補正制御量DIFFnを、
DIFFn=(W0−Wn)・α・G
W0:目標電力値
Wn:測定電力値
G:ループバックゲイン
として算出することを特徴とする。
前記送信電力制御装置において、前記予測値算出部は、前記予測電力値W0′を、
W0′=DACdiff/G+Wn
DACdiff:制御変化量
G:前回のループバックゲイン
Wn:前回の電力値
として算出することを特徴とする。
前記送信電力制御装置において、前記ゲイン更新部は、今回の測定電力値W(n+1)が予測電力値W0′を超えていないとき、今回のループバックゲインG′を、
G′=γ・G (但し、γ>1)
γ:ループバックゲイン拡大率
また、今回の測定電力値W(n+1)が予測電力値W0′を超えているとき、今回のループバックゲインG′を、
G′=δ・G (但し、δ<1)
δ:ループバックゲイン縮小率
として算出することを特徴とする。
本発明の送信電力制御装置では、電力増幅器を制御する電力制御量に応じた送信信号の電力値の増減に従い、フィードバック回路のループバックゲインを更新することにより、送信電力制御装置を構成するデバイスの特性変化の影響を加味した送信電力を、極めて簡単な構成で高精度に制御することができる。
本発明の送信電力制御装置が適用される無線機の構成ブロック図である。 図1に示すゲイン生成部の構成ブロック図である。 図1に示す無線機の処理フローチャートである。 図1に示すゲイン生成部の処理フローチャートである。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の送信電力制御装置が適用される無線機10の構成ブロック図である。無線機10は、例えば、MCA方式の無線通信機器を構成するものであり、所望の送信情報を含む送信信号を生成する送信信号生成部12と、送信信号をD/A(Digital/Analog)変換するDAC(Digital
Analog Converter)14と、送信信号の電力を所望のレベルに増幅する電力増幅器16と、増幅された送信信号を分波する分波器18と、送信信号を無線送信するアンテナ20とを備える。
送信信号の電力は、フィードバック回路を構成するAPC回路22から電力増幅器16に供給される電力制御信号(電力制御量)によって所望のレベルに制御される。
APC回路22は、分波器18で分波された送信信号の電力値を電圧値として検波する電力検出器24と、検波された測定電力値WnをA/D(Analog/Digital)変換するADC(Analog Digital Converter)26と、無線機10が送信する所望の目標電力値W0を設定する送信電力設定部28と、目標電力値W0と測定電力値Wnとの差分である差分電力値ΔWを電力制御量に対する補正制御量に変換する変換係数であるループバックゲインGを生成するゲイン生成部30と、フィードバック回路が発振しないよう、1回の補正制御量を一定比率に制限するための反映率αを設定する反映率設定部32と、送信スプリアスの広がりを抑制するため、制限された1回の補正制御量DIFFnの絶対値を制限して補正制御量DIFFn′とする制御量リミッタ34と、補正制御量DIFFn′により補正した電力制御量であるAPC制御値DAC(n+1)をDAC36に設定可能な範囲に制限し、APC制御値DAC(n+1)′とするDACリミッタ38とを備える。APC制御値DAC(n+1)′は、DAC36によりD/A変換され、電力制御信号として電力増幅器16に供給される。
なお、減算器40(差分算出部)は、差分電力値ΔWを算出し、乗算器42は、差分電力値ΔWにループバックゲインGを乗算し、乗算器44でさらに反映率αを乗算し、補正制御量DIFFnを算出する。また、加算器46(電力制御量算出部)は、制御量リミッタ34で制限された補正制御量DIFFn′と、遅延素子48で保持された前回のAPC制御値DACn′とを加算し、APC制御値DAC(n+1)を算出する。
図2は、ゲイン生成部30の構成ブロック図である。ゲイン生成部30は、遅延素子50、52、制御変化量算出部56、予測値算出部58、制御方向算出部60、ゲイン更新部62及びゲインリミッタ64を備え、測定電力値W(n+1)及びAPC制御値DAC(n+1)′を入力信号として、ループバックゲインGを推定して更新するものである。
遅延素子50、52は、それぞれ前回の測定電力値Wn、前回のAPC制御値DACn′を保持する。制御変化量算出部56は、前回のAPC制御値DACn′と、今回のAPC制御値DAC(n+1)′との差分を制御変化量DACdiffとして算出する。予測値算出部58は、前回の測定電力値Wn、制御変化量DACdiff及び前回のループバックゲインGから、今回のAPC制御値DAC(n+1)′を電力増幅器16に供給した場合に測定されるであろう予測電力値W0′を算出する。制御方向算出部60は、前回の測定電力値Wnと今回の測定電力値W(n+1)とから、今回のAPC制御値DAC(n+1)′を増加又は減少のいずれの方向に更新するのかを決定する制御方向Dを算出する。ゲイン更新部62は、制御方向Dと今回の測定電力値W(n+1)と予測電力値W0′とから、ループバックゲインGを更新する。ゲインリミッタ64は、ゲイン更新部62で更新されたループバックゲインGの範囲を制限する。
本実施形態の無線機10は、基本的には以上のように構成される。次に、図3及び図4に示す処理フローチャートに従い、無線機10の動作について説明する。
先ず、APC制御値DACn′をDAC36でD/A変換し、電力制御信号として電力増幅器16に供給する(ステップS1)。この場合、初回は、予め設定されている初期値をAPC制御値DACn′として電力増幅器16に供給する。
一方、送信信号生成部12は、送信すべき所望の送信信号をDAC14に供給する。DAC14は、送信信号をD/A変換して電力増幅器16に供給する。電力増幅器16は、送信信号をDAC36から供給されるAPC制御値DACn′に従って増幅する(ステップS2)。
増幅された送信信号は、分波器18を介してアンテナ20から外部に送信される一方、分波器18からAPC回路22を構成する電力検出器24に供給される。電力検出器24は、送信信号の電力を電圧値として検波し、ADC26に供給する。ADC26は、検波された電圧をA/D変換し、測定電力値Wnが取得される(ステップS3)。
APC回路22では、ゲイン生成部30においてループバックゲインGが算出される(ステップS4)。ループバックゲインGは、目標電力値W0と測定電力値Wnとの差分である差分電力値ΔWを電力制御量に対する補正制御量に変換する変換係数であり、APC制御値DACn′の初期値が電力増幅器16に供給されているとき、ゲイン生成部30は、予め設定されている初期値であるループバックゲインGを乗算器42に供給する。目標電力値W0、測定電力値Wn、ループバックゲインG及び反映率αを用いて、補正制御量DIFFnが、
DIFFn=(W0−Wn)・α・G
として算出される(ステップS5)。反映率αは、1回の補正制御量DIFFnを一定比率に制限するための係数である。
算出された補正制御量DIFFnは、制御量リミッタ34に供給され、1回の最大補正制御量DIFFmaxで制限した補正制御量DIFFn′が算出される(ステップS6)。制御量リミッタ34は、
DIFFn>DIFFmaxのとき、
DIFFn′=DIFFmax
DIFFn<−DIFFmaxのとき、
DIFFn′=−DIFFmax
−DIFFmax≦DIFFn≦DIFFmaxのとき、
DIFFn′=DIFFn
として補正制御量DIFFn′を算出する。
算出された補正制御量DIFFn′は、加算器46において、遅延素子48から供給される前回のAPC制御値DACn′と加算され、
DAC(n+1)=DIFFn′+DACn′
として今回のAPC制御値DAC(n+1)が算出される(ステップS7)。この場合、初回は、予め設定されている初期値であるAPC制御値DACn′が加算器46に供給される。
算出されたAPC制御値DAC(n+1)は、DACリミッタ38に供給され、DAC36に設定可能な範囲のAPC制御値DAC(n+1)′に制限される(ステップS8)。すなわち、DAC36に設定可能な最大APC制御値をDACmax、最小APC制御値をDACminとすると、APC制御値DAC(n+1)′は、
DAC(n+1)>DACmaxのとき、
DAC(n+1)′=DACmax
DAC(n+1)<DACminのとき、
DAC(n+1)′=DACmin
DACmin≦DAC(n+1)≦DACmaxのとき、
DAC(n+1)′=DAC(n+1)
として算出される。
以下、n=n+1とし(ステップS9)、無線機10からの送信信号の送信動作が終了するまで、ステップS1からの処理を繰り返す(ステップS10)。
そこで、算出されたAPC制御値DAC(n+1)′は、DAC36でD/A変換され、電力増幅器16に供給される(ステップS1)。電力増幅器16は、APC制御値DAC(n+1)′により送信信号を増幅し(ステップS2)、その送信信号の電力値が測定電力値W(n+1)として取得され(ステップS3)、ゲイン生成部30に供給される。
ゲイン生成部30は、APC制御値DAC(n+1)′と測定電力値W(n+1)とを用いて、ループバックゲインGを算出する(ステップS4)。このループバックゲインGの算出方法を、図2及び図4に従って説明する。
先ず、制御変化量算出部56は、今回のAPC制御値DAC(n+1)′と、前回のAPC制御値DACn′との差分である制御変化量DACdiffを、
DACdiff=DAC(n+1)′−DACn′
として算出する(ステップS11)。前回のAPC制御値DACn′は、遅延素子52に保持されている。なお、初回のAPC制御値DACn′は、予め設定されている初期値である。
次に、予測値算出部58において、前回の測定電力値Wnと、制御変化量DACdiffと、前回のループバックゲインGとを用いて、今回のAPC制御値DAC(n+1)′を電力増幅器16に供給した場合に測定されるであろう予測電力値W0′を算出する(ステップS12)。前回の測定電力値Wnは、遅延素子50に保持されている。なお、初回のループバックゲインGは、予め設定されている初期値である。
予測電力値W0′は、制御量リミッタ34による補正制御量DIFFnの制限と、DACリミッタ38によるAPC制御値DAC(n+1)′の制限を考慮した制限率をβとして、
W0′=(W0−W(n+1))・β+Wn
=(W0−W(n+1))・α・(DAC(n+1)′−DACn′)/((W0−W(n+1))・α・G)+Wn
=DACdiff/G+Wn
として算出される。
一方、制御方向算出部60において、前回の測定電力値Wnと今回の測定電力値W(n+1)とから、今回のAPC制御値DAC(n+1)′を増加又は減少のいずれの方向に更新するのかを決定する制御方向Dを算出する(ステップS13)。
制御方向Dは、W(n+1)>Wnのとき、D>0、W(n+1)<Wnのとき、D<0、W(n+1)=Wnのとき、D=0として、ゲイン更新部62に供給される。
次に、ゲイン更新部62において、制御方向Dと、今回の測定電力値W(n+1)と、予測電力値W0′とを用いて、ループバックゲインG′を更新する。
ループバックゲインG′は、(W0′>Wn、且つ、W0′>W(n+1))、又は、(W0′<Wn、且つ、W0′<W(n+1))であるとき、すなわち、(D>0、且つ、W(n+1)<W0′)、又は、(D<0、且つ、W(n+1)>W0′)であり、今回の測定電力値W(n+1)が予測電力値W0′を超えていないとき、前回のループバックゲインGが小さかったため、
G′=γ・G (但し、γ>1(例えば、γ=1.1))
と更新する。
また、ループバックゲインG′は、(W0′>Wn、且つ、W0′<W(n+1))、又は、(W0′<Wn、且つ、W0′>W(n+1))であるとき、すなわち、(D>0、且つ、W(n+1)>W0′)、又は、(D<0、且つ、W(n+1)<W0′)であり、今回の測定電力値W(n+1)が予測電力値W0′を超えているとき、前記のループバックゲインGが大きかったため、
G′=δ・G (但し、δ<1(例えば、δ=1/1.2))
と更新する。
さらに、ループバックゲインG′は、W0′=W(n+1)、すなわち、D=0であるとき、
G′=G
とし、ループバックゲインGの値をそのままに維持する。
更新されたループバックゲインG′は、ゲインリミッタ64により更新の範囲が制限されることで、新たに設定されたループバックゲインGが生成される(ステップS14)。すなわち、ゲインリミッタ64により制限される最大ゲインをGmax、最小ゲインをGminとすると、ループバックゲインGは、G′>Gmaxのとき、
G=Gmax
G′<Gminのとき、
G=Gmin
Gmin≦G′≦Gmaxのとき、
G=G′
として生成され、乗算器42に供給される。
以上のようにして生成されたループバックゲインGを用いて、電力増幅器16に供給されるAPC制御値DAC(n+1)′を調整することにより、送信信号の電力が送信電力設定部28で設定された目標電力値W0となるように制御される。
この場合、無線機10を構成するデバイスの特性を考慮した変換テーブルを用いることなく、前回の測定電力値Wnと今回の測定電力値W(n+1)との差分に従い、その時点における無線機10の温度や経時変化を加味したデバイスの特性を推測し、ループバックゲインGの増減を調整している。そのため、個々の無線機10毎に使用条件を考慮した高精度な変換テーブルを作成する必要がないだけでなく、変換テーブルを格納するメモリも不要である。従って、所望の電力からなる送信信号を極めて簡単な構成で生成し、外部に送信することができる。
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更することが可能である。
10…無線機
12…送信信号生成部
14…DAC
16…電力増幅器
18…分波器
20…アンテナ
22…APC回路
24…電力検出器
26…ADC
28…送信電力設定部
30…ゲイン生成部
32…反映率設定部
34…制御量リミッタ
36…DAC
38…DACリミッタ
40…減算器
42、44…乗算器
46…加算器
48、50、52…遅延素子
56…制御変化量算出部
58…予測値算出部
60…制御方向算出部
62…ゲイン更新部
64…ゲインリミッタ

Claims (4)

  1. 送信信号の電力を増幅する電力増幅器と、
    前記電力を検出する電力検出器と、
    検出した前記電力である電力値を設定した目標電力値とするため、前記電力値から前記電力増幅器を制御する電力制御量を生成するフィードバック回路とを備え、
    前記フィードバック回路は、
    検出した前記電力値と、前記目標電力値との差分を算出する差分算出部と、
    前記差分を前記電力制御量に対する補正制御量に変換するためのループバックゲインを生成するゲイン生成部と、
    前記電力制御量を前記補正制御量により補正し、新たな前記電力制御量を算出する電力制御量算出部とを有し、
    前記ゲイン生成部は、
    前回の前記電力制御量と、今回の前記電力制御量との差分を制御変化量として算出する制御変化量算出部と、
    前回の前記電力値と、前記制御変化量と、前回の前記ループバックゲインとから、今回の前記電力制御量により前記電力増幅器を制御した場合に検出が予測される予測電力値を算出する予測値算出部と、
    今回の前記電力制御量により前記電力増幅器を制御して検出した前記電力値と前記予測電力値とから、前回のループバックゲインの大小を判定し、今回の前記ループバックゲインを算出するゲイン更新部とを有することを特徴とする送信電力制御装置。
  2. 請求項1記載の送信電力制御装置において、
    前記フィードバック回路は、
    前記補正制御量DIFFnを一定比率に制限するための反映率αを設定する反映率設定部を有し、
    前記補正制御量DIFFnを、
    DIFFn=(W0−Wn)・α・G
    W0:目標電力値
    Wn:測定電力値
    G:ループバックゲイン
    として算出することを特徴とする送信電力制御装置。
  3. 請求項1記載の送信電力制御装置において、
    前記予測値算出部は、前記予測電力値W0′を、
    W0′=DACdiff/G+Wn
    DACdiff:制御変化量
    G:前回のループバックゲイン
    Wn:前回の電力値
    として算出することを特徴とする送信電力制御装置。
  4. 請求項1記載の送信電力制御装置において、前記ゲイン更新部は、今回の測定電力値W(n+1)が予測電力値W0′を超えていないとき、今回のループバックゲインG′を、
    G′=γ・G (但し、γ>1)
    γ:ループバックゲイン拡大率
    また、今回の測定電力値W(n+1)が予測電力値W0′を超えているとき、今回のループバックゲインG′を、
    G′=δ・G (但し、δ<1)
    δ:ループバックゲイン縮小率
    として算出することを特徴とする送信電力制御装置。
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