JPH0644255U - 補償フィルタ回路及びスペクトラム拡散送受信装置 - Google Patents

補償フィルタ回路及びスペクトラム拡散送受信装置

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JPH0644255U
JPH0644255U JP8496992U JP8496992U JPH0644255U JP H0644255 U JPH0644255 U JP H0644255U JP 8496992 U JP8496992 U JP 8496992U JP 8496992 U JP8496992 U JP 8496992U JP H0644255 U JPH0644255 U JP H0644255U
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spread spectrum
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晴夫 坂田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 DS方式のSS信号で総合送信電力を規格値
一杯として受信機のC/Nの改善を図り、送信機−受信
機間の伝達距離を増大させること及び、SS受信機やD
AB受信機でISMバンドを用いる場合に生じる大振幅
妨害波の抑制。 【構成】 SS信号の帯域を複数の狭帯域フィルタ22
で分割し、図3(A)のような中心周波数f1,…,f
Nのサブバンドを構成する。図1(B)に示すfNチャ
ンネルを例とすると、狭帯域フィルタ22で分波された
fNチャンネル(22−N)の出力は図1(C)に示す
ように狭帯域リミッタ23で入力信号の振幅VS(図1
(D))が±ERを越える場合飽和して一定振幅を出力
する(図1(E))。他のチャンネルの出力についても
同様に各狭帯域リミッタ23で振幅制限され、それらを
加算器24で合成して増幅器17に出力する。この出力
は各狭帯域リミッタ23で制限されているので電力密度
分布が平坦となる。

Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】
本考案は直接拡散方式のスペクトラム拡散送受信システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
図9は、スペクトラム拡散(以下、SSと記す)送受信システムの原理的構成 を示すブロック図である。 図9において、100”はDS方式のSS送信系、200”はDS方式のSS 受信系を示す。そして、1は情報信号であり多くはデータ信号である。2は変調 器であり、周波数変調(FM)器やデジタル位相変調(PSK)器などを用いる 。2’は搬送波発生器、3は乗算器または極性変調器(PSK)、4は擬似ノイ ズ発生器(PNG)、5は帯域フィルタ、6は送信アンテナ、7は受信アンテナ 、8はバンドパスアンプ、9は周波数変換器、10は局部周波数発振器、11は 相関器(SAWコンボルバ等)、12は極性変調器(PSK)、13は搬送波、 14は擬似ノイズ発生器(PNG)である。なお、変調器2の出力の振幅(エン ベロープ)は一定である。また、搬送波発生器2’は必須でなく変調器2の種類 により必要に応じて用いる。
【0003】 情報信号1は変調器2で変調され、乗算器(または極性変調器)3に加えられ 、PNG4の出力で周波数拡散変調して帯域フィルタ5(増幅器)を介して送信 アンテナ6から出力する。
【0004】 受信アンテナ7で受信した受信信号をバンドパスアンプ8で増幅し、周波数変 換器9と局部周波数発振器10の出力(キャリア周波数)で相関器11に適当な 周波数に変換する。一方、PNG14はPNG4と同一パターンの擬似ノイズを 発生し、PSK12で搬送波(周波数変換器9の出力と同じ周波数)13を変調 して相関器11に加え、相関器11の相関出力11’を取り出す。
【0005】 図10は直接拡散方式(以下、DS方式と記す)のSS信号の周波数分布図で あり、例えば、ISMバンド(2.45GHz)でのSS信号は帯域、B=26M Hzである。そして、電圧の分布はf0を中心として上向きに凸状の(sinx/x) 型となる。したがって、電力密度分布は(sin2x/x2)型となる。なお、法規 によって規制されているSS信号の電力密度は△f=1MHz当りで制限されてい る。
【0006】 図10のDS方式では、図11のSS信号の電波密度の測定結果図に示すよう にf0を中心とする△f=1MHzの値が最高値になり送信出力はこの最高値で抑 えられる。 仮に最高値の電力密度が帯域Bに亘って一定になっていると、図10の破線1 01で示す限界電力密度分布となる。なお、DS方式の場合の密度ρは下記数式 により限界電力密度の約40%になる。 ρ=(1/π)∫sin2x/x2 (但し、積分範囲は0〜π)
【0007】
【考案が解決しようとする課題】
〈第1の解決課題〉 SS通信をISMバンドで行うと、電子レンジ等を使用する場合に生ずるよう な強力な帯域干渉波(SS信号の100倍もの値になる場合もある)が存在する 場合がある。図5は広帯域変調波と大振幅妨害波の存在スペクトルを示す図であ り、図5の(a)はSS信号成分51に周波数fNの妨害波(NcosωNt)52が ある場合の周波数分布である。これを時間軸で見ると大振幅妨害波と小振幅変調 波の共存例を示す図6の(a)のようになり、図6の(b)はその部分の拡大図 である。このような大振幅の妨害波があると、増幅された受信信号を周波数変換 して相関器に加える、というSS受信機での必要処理を行う際に、図7に示すよ うにSS信号成分が消失しやすい。
【0008】 図7は受信信号を振幅制限器(リミッタ)を通した例であるが、妨害波Ncosω Ntの振幅が大きいと通常の増幅器でも図7に近い波形となり、妨害波NcosωNtの ゼロクロス付近を除いては信号成分は消失してしまい、相関器での信号復元が不 可能になり易いという欠点があった。
【0009】 これを解決するためにAIS(Adaptive Interface Suppresion)フィルタを 用いた方式がある。AISフィルタを用いた方式では図5の(a)の狭帯域大振 幅妨害波の周波数fNを検出して、その周波数fN近辺をフィルタで除いて図5 の(c)に示すような周波数分布としてから相関器に加える。この方法では周波 数を検出してからフィルタを制御するので制御が複雑になり、周波数fNが変動 する時には周波数fNの検出とフィルタの制御が対応しなくなる場合が生ずると いう問題点があった。
【0010】 一方、DAB(Digital Audio Broadcasting;デジタル音声放送)方式の衛星 放送は日本国では2.5GHzが認められており、この場合もIS関係の強力妨害 波が存在する。図5の(b)はDABの受信搬送波に周波数fNの狭帯域大振幅 妨害波が存在する場合の周波数分波我である。DABでも受信搬送波として周波 数ダイバシティ効果を狙っている。図5の(d)は図5の(b)の妨害波Ncosω Ntのサブバンドをゼロにした場合であるが、この場合も情報は正しく復元される 。しかしながら、図5の(b)から図5の(d)にする方法は現時点で開示され ていない。そこで、図5の(b)の場合にはSS信号の場合と同様に大振幅妨害 波NcosωNtで図7のようなリミッタ効果で信号成分が欠如することが予想される 。
【0011】 〈第2の解決課題〉 また、DS方式のSS信号では、他のSS信号と異なり電力密度を一定とする と限界総合電力の約40%の電力となり、受信信号のC/Nが劣化し到達距離が 減少するとという問題点があった。
【0012】 本考案は上記解決課題に鑑みてなされたものであり、第1の目的は、DS方式 のSS信号で総合送信電力を規格値一杯として受信機のC/Nの改善を図り、送 信機−受信機間の伝達距離を増大させることであり、第2の目的は、ISMバン ドと一致する帯域で、SS受信機やDAB受信機で工業用、科学用、医用等にI SMバンドを用いる場合に生じ得る大振幅妨害を抑制し、確実な情報復元を行う ことである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記第1の目的を達成するために第1の考案による補償回路は、周波数拡散処 理された所定の広帯域入力信号を、中心周波数が異なる複数の狭帯域特性フィル タを介し複数のチャンネルで出力する狭帯域フィルタ手段と、複数のチャンネル 出力が、所定レベル以上のとき、該レベルに抑圧された一定振幅の複数のチャン ネル出力を得る振幅抑制手段と、一定振幅の複数のチャンネル出力を合成する合 成処理手段と、からなることを特徴とする。
【0014】 第2の目的を達成するために第2の考案によるスペクトラム拡散送受信装置は 、変調処理された所定の情報信号を所定の擬似ノイズ信号で周波数拡散処理し、 送信信号として出力する送信系と、送信信号を受信し、該受信信号を相関処理に 必要な周波数に変換後、擬似ノイズ信号と略同等の信号と所定の搬送波信号とに よる変調信号で相関処理し相関出力を得る受信系と、からなる直接拡散方式のス ペクトラム拡散送受信装置において、送信系が、擬似ノイズ信号で周波数拡散処 理された信号の電力密度分布を平坦化して出力する送信側補償フィルタ部を含み 、受信系が、受信信号を該振幅レベルを低減するようなsinx/x型特性フィル タを介し出力する受信側補償フィルタ部を含む、ことを特徴とする。
【0015】 第3の考案は上記第2の考案によるスペクトラム拡散送受信装置において、送 信側補償フィルタ部が前記第1の考案による補償フィルタ回路からなり、受信側 補償フィルタ部がsinx/x型特性フィルタの前段に前記第1の考案による補償 フィルタ回路を有することを特徴とする。
【0016】 第4の考案は上記第2の考案によるスペクトラム拡散送受信装置において、送 信側補償フィルタ部がx/sinx型特性フィルタからなり、受信側補償フィルタ 部がsinx/x型特性フィルタからなることを特徴とする。
【0017】
【作用】
上記構成により第1の考案による補償回路は、狭帯域フィルタ手段により周波 数拡散処理された所定の広帯域入力信号を、中心周波数が異なる複数の狭帯域特 性フィルタを介し複数のチャンネルで出力し、振幅抑制手段により複数のチャン ネル出力が、所定レベル以上のとき、該レベルに抑圧された一定振幅の複数のチ ャンネル出力を得て、合成処理手段により一定振幅の複数のチャンネル出力を合 成する。
【0018】 第2の考案によるスペクトラム拡散送受信装置は、送信系が、送信補償フィル タ部により擬似ノイズ信号で周波数拡散処理された信号の電力密度分布を平坦化 して出力し、受信系が、受信側補償フィルタ部により受信信号を該振幅レベルを 低減するようなsinx/x型特性フィルタを介し出力し、送信出力の最大電力密 度分布を平坦化する。
【0019】
【実施例】
以下、第1の考案を実施例1で、第2の考案を実施例2−1および実施例2− 2で述べる。なお、図10のDS方式のSS信号の電力密度分布は(sinx/x )2の分布となっているが、これを帯域内(x=−π〜+π)で破線101で示 す方形の特性を示すようにするため、第2の考案において、実施例2−1では送 信系側で、DS方式の出力側にリミッタ付の狭帯域の分波器を設け、実施例2− 2は送信系側において、DS方式の出力に電圧で(x/sinx)型の補償フィル タを設けている。
【0020】 〈実施例1〉 図1Bは第1の考案に基づく補償フィルタ回路の一実施例としてのリミッタ付 分波器の構成の説明図であり、リミッタ付分波器は狭帯域フィルタ22(22− 1,…,22−N)、狭帯域フィルタ22−1,…,22−Nに対応して設けら れたリミッタ23−1,…,23−N及び加算器24から構成されている。なお 、リミッタ23は振幅抑制手段に相当し、加算器24は合成処理手段に相当する 。
【0021】 図1において、増幅器からの出力(SS信号)の帯域を複数の狭帯域フィルタ 22−1,…,22−Nで分割し、図3(A)のような中心周波数f1,…,f Nのサブバンドを構成する。次に、各サブバンドについて、図3Bに示すfNチ ャンネルを例として述べると、狭帯域フィルタ22で分波されたfNチャンネル (22−N)の出力は狭帯域リミッタ23−Nで振幅制限される。リミッタ23 −Nの特性分布は図1(C)に示すように入力信号の振幅VS(図1(D)参照 )が±ERを越える場合、言い替えれば、VS>+ERまたはVS<−ERのと き飽和して一定振幅を出力する。図1(E)の実線で示す方形の波形はリミッタ 23−Nで振幅制限された出力信号(サブバンド)の波形であり、リミッタ23 −Nがない場合は図1(E)の破線で示す波形(図1(D)と同じ)となる。
【0022】 他のチャンネルf1,…,fN−1の出力についても同様にリミッタ23−1 ,…,リミッタ23−Nで振幅制限される。そして、リミッタ23−1,…,リ ミッタ23−Nの出力を加算器24で合成して増幅器17に出力する。
【0023】 このようにして得たリミッタ付分波器の出力はリミッタ23−1,…,リミッ タ23−Nで制限されているので電力密度分布は図10に示した破線101のよ うに平坦となる。 また、図1のリミッタ付分波器は個別回路で構成してもよいが、図12に示す ようなYIG(Ytrium Iron Garmet)を材質とする静磁波(MSW)フィルタの 等価回路が図1のリミッタ付分波器となるのでリミッタ付分波器の代りにMSW フィルタを用いれば、より簡単に、出力信号の電力密度分布を図10に示した破 線101のように平坦とすることができる、なお、図12に示したMSWフィル タについては文献(野本俊俗「2個のMSSWフィルタを用いたSNエンハンサ とその応用」電気通信情報学会技報Vol.MW 90-99 P15-P21 1991年)に述べられ ている。
【0024】 SS通信やDAB方式の衛星放送の受信機で図1に示したようなリミッタ付分 波器を補償回路として用いることにより図5の(a)に示されているような大振 幅妨害波(NcosωNt)52を取り除いて図5(c)に示すような波形を得ること ができ、或いは図5の(d)に示すように残存妨害波を後段の処理に影響しない 程度に小さくすることができる。例えば、図5の(a),(b)に示すような妨 害波のある波形を図1のリミッタ付分波器16に加えると、大振幅のスペクトル のある帯域のみ振幅制限されて図8の(a),(b)に示すような波形を得るこ とができ、ハッチングした部分サブバンドNの信号が小さくなる。
【0025】 図13はSS通信やDAB方式の衛星放送の受信機において上述(図1)した リミッタ付分波器(または、MSWフィルタ)を適用した例である。図13にお いて、アンテナ107からの受信入力を増幅器108で高周波増幅し、少なくと も妨害波NcosωNtがリミッタ付分波器(または、MSWフィルタ)118で十分 飽和して帯域制限されるようにする。この結果、図5の(a),(b)の周波数 分布が図8(a),(b)の周波数分布となり、妨害波NcosωNtの振幅も他のサ ブバンドの振幅と同等になり、SS通信やDAB方式の衛星放送の受信機におけ る後段の信号検出を十分行いうる。この場合、SS通信やDAB方式はともに広 帯域信号で周波数ダイバシティ作用を有しているから、広帯域信号の狭帯域成分 が欠落しても復調回路で復元される(誤り訂正の効果も含む)ので、リミッタ付 分波器或いはMSWフィルタ等の補償フィルタ回路により飽和したサブバンドを 生じても情報復元に影響しない。
【0026】 〈実施例2−1〉 図2は第2の考案に基づくスペクトラム拡散(以下、SSと記す)送受信シス テムの一構成例を示すブロック図であり、図9に示した記号と等しい記号の部分 の構成及び作用は図9の該当部分の構成と同様である。図2において、100は DS方式のSS送信系、200はDS方式のSS受信系である。また、15は増 幅器、16,18はリミッタ付分波器(またはMSWフィルタ)、17は増幅器 、19はリミッタ、21は(sinx/x)型フィルタである。なお、図2におい て、増幅器15、リミッタ付分波器(またはMSWフィルタ)16は送信側補償 フィルタ部を、リミッタ付分波器(またはMSWフィルタ)18、(sinx/x )型フィルタ21、増幅器19は受信側補償フィルタ部を構成する。
【0027】 (イ) [SS送信系100] 図2に示すSS送受信システムは図9に示し たDS方式のSS送信系100”の帯域フィルタ5の出力側に増幅器15、リミ ッタ付分波器(またはMSWフィルタ)16及び増幅器17を直列に設けてDS 方式のSS送信系を構成し、リミッタ付分波器16での減衰分を増幅器17で増 幅してアンテナ6から放射する。なお、前述したように(図1参照)、リミッタ 付分波器16の出力はリミッタ23−1,…,リミッタ23−Nで制限されてい るので電力密度分布は図10に示した破線101のように平坦となる。
【0028】 (ロ)[SS受信系200] 図9に示したSS受信系200”のバンドパス アンプ8の出力側と周波数変換器9の間に、リミッタ付分波器(またはMSWフ ィルタ)18、(sinx/x)型フィルタ21及びリミッタ19を直列に設けて SS受信系200を構成している。
【0029】 SS受信系200では受信アンテナ7で受信した受信信号をバンドパスアンプ 8で増幅し、リミッタ付分波器(またはMSWフィルタ)18を用いて電力密度 分布が図10に示した破線101のように平坦な信号を出力し、(sinx/x) 型フィルタ21及びリミッタ19を経て周波数変換器9に出力され、周波数変換 器9では局部周波数発振器10の出力で相関器11に適当な周波数に変換する。 一方、PNG14はPNG4と同一パターンの擬似ノイズを発生し、PSK12 で搬送波(周波数変換器9の出力と同じ周波数)13を変調して相関器11に加 え相関器11の相関出力を取り出す。
【0030】 なお、実施例ではバンドパスアンプ8で増幅された受信入力信号に対して、リ ミッタ付分波器(またはMSWフィルタ)18を用いているが、これは前述した 妨害波抑制方式(実施例1参照)の妨害波抑制のために設けているものであり、 本考案の基本的構成としては必須ではないので省略してもよい。
【0031】 リミッタ付分波器18の構成は図1に示したリミッタ付分波器16と同様であ り、リミッタ付分波器18からの出力は図4の破線で表わされている上向きに凸 状の分布特性を示す(sinx/x)型フィルタ21であり、リミッタ19はDS 方式のSS信号の出力が、本来、振幅が一定であるため、それに対応させて妨害 波の抑制に寄与させるために用いる。 なお、前述したように図2でリミッタ付分波器16,18の代りに図12に示 すYIGを材質として用いた静磁波(MSW)フィルタを用いてもよい。
【0032】 〈実施例1−2〉 図3は第2の考案に基づくSS送受信システムの他の構成例を示すブロック図 であり、図2及び図9に示した記号と等しい記号の部分の構成及び作用は図2及 び図9の該当部分の構成と同様であり、20は図4に実線で表わされている下向 きに凸状の分布特性を示す(x/sinx)型フィルタである。
【0033】 図3に示すSS送受信システムは図2に示したDS方式のSS送信系100の 帯域フィルタ5の出力側の増幅器15とリミッタ付分波器16の代りに(x/si nx)型フィルタ20を設けてSS送信系100’を構成し、図9に示したSS 受信系200”のアンテナ7の出力側とバンドパスアンプ8の間に(sinx/x )型フィルタ21を設けてSS受信系200’を構成している。また、図3で、 (x/sinx)型フィルタ20及び増幅器17は送信側補償フィルタ部に、(sin x/x)型フィルタ21は受信側補償フィルタ部に相当する。
【0034】 図4に(x/sinx)型フィルタ20の特性分布を実線(dB表示)で示し、 この場合、図10の周波数分布の帯域の両端(x=±π)では利得が無限大とな るが、帯域フィルタ5を設けているので(x/sinx)型フィルタ20の補償範 囲も最大f0±(B’/2)までとなる。但し、B’は帯域フィルタ5の帯域で ある。なお、図3のアンテナ6からの送信電波は最大f0±(B’/2)の範囲 の電力密度数分布が平坦となっている。SS受信系200’の受信アンテナ7の 出力は(sinx/x)型フィルタ21で信号の振幅をおとす。
【0035】 上記構成により受信系200’の雑音電力が約40%に低下する(数式(1) 参照)ので、バンドパスアンプ8以下の処理においてC/Nが向上する。
【0036】
【考案の効果】
以上説明したように第1の考案によれば、DS方式の送信系側の電力密度の周 波数特性を平坦化することで実効送信電力を高め、受信系側では(sinx/x) 型フィルタで受信雑音を低減して送信機−受信機間の伝達距離を増大させること ができる。また、入力信号が広帯域でそこに大振幅の狭帯域妨害が共存するよう なSS通信やDAB方式の衛星放送の受信機に第2の考案の補償フィルタを適用 することで大振幅妨害波を抑制してSS通信やDAB方式の衛星放送の受信信号 の復調を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】第2の考案に基づくリミッタ付分波器の構成を
示す説明図である。
【図2】第1の考案に基づくスペクトラム拡散送受信シ
ステムの一構成例のブロック図である。
【図3】第1の考案に基づくスペクトラム拡散送受信シ
ステムの他の構成例のブロック図である。
【図4】(x/sinx)型フィルタ及び(sinx/x)型
フィルタの特性分布図である。
【図5】広帯域変調波と大振幅妨害波の存在スペクトル
を示す図である。
【図6】大振幅妨害波と小振幅変調波の共存例を示す図
である。
【図7】大振幅妨害波と小振幅変調波の共存波のリミッ
タ出力例である。
【図8】狭帯域リミッタによる処理のスペクトルであ
る。
【図9】従来のスペクトラム拡散送受信装置の原理的構
成のブロック図である。
【図10】直接拡散方式のSS信号の周波数分布図であ
る。
【図11】SS信号の電波密度の測定結果を示す図であ
る。
【図12】MSWフィルタの構造の説明図である。
【図13】図3のリミッタ付分波器(または、MSWフ
ィルタ)を適用した例である。
【符号の説明】
16,18 リミッタ付分波器(補償フィルタ) 20 (x/sinx)型フィルタ(送信側補償フィルタ
部) 21 (sinx/x)型フィルタ(受信側補償フィルタ
部) 22 狭帯域フィルタ(狭帯域フィルタ手段) 23 リミッタ(振幅抑制手段) 24 加算器(合成処理手段) 100,100’,100” DS方式のSS送信系 200,200’,200” DS方式のSS受信系

Claims (4)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周波数拡散処理された所定の広帯域入力
    信号を、中心周波数が異なる複数の狭帯域特性フィルタ
    を介し複数のチャンネルで出力する狭帯域フィルタ手段
    と、前記複数のチャンネル出力が、所定レベル以上のと
    き、該レベルに抑圧された一定振幅の複数のチャンネル
    出力を得る振幅抑制手段と、前記一定振幅の複数のチャ
    ンネル出力を合成する合成処理手段と、からなることを
    特徴とする補償フィルタ回路。
  2. 【請求項2】 変調処理された所定の情報信号を所定の
    擬似ノイズ信号で周波数拡散処理し、送信信号として出
    力する送信系と、前記送信信号を受信し、該受信信号を
    相関処理に必要な周波数に変換後、前記擬似ノイズ信号
    と略同等の信号と所定の搬送波信号とによる変調信号で
    相関処理し相関出力を得る受信系と、からなる直接拡散
    方式のスペクトラム拡散送受信装置において、前記送信
    系が、前記擬似ノイズ信号で周波数拡散処理された信号
    の電力密度分布を平坦化して出力する送信側補償フィル
    タ部を含み、前記受信系が、受信信号を該振幅レベルを
    低減するようなsinx/x型特性フィルタを介し出力す
    る受信側補償フィルタ部を含む、ことを特徴とするスペ
    クトラム拡散送受信装置。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のスペクトラム拡散送受信
    装置において、送信側補償フィルタ部が請求項1記載の
    補償フィルタ回路からなり、受信側補償フィルタ部がsi
    nx/x型特性フィルタの前段に請求項1記載の補償フ
    ィルタ回路を有することを特徴とするスペクトラム拡散
    送受信装置。
  4. 【請求項4】 請求項2記載のスペクトラム拡散送受信
    装置において、送信側補償フィルタ部がx/sinx型特
    性フィルタからなり、受信側補償フィルタ部がsinx/
    x型特性フィルタからなることを特徴とするスペクトラ
    ム拡散送受信装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003527780A (ja) * 1999-08-31 2003-09-16 インターデイジタル テクノロジー コーポレーション 適応型rf増幅器前置リミタ
KR20100136837A (ko) * 2009-06-19 2010-12-29 엘지전자 주식회사 마이크로웨이브를 이용한 조리기기

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JP2003527780A (ja) * 1999-08-31 2003-09-16 インターデイジタル テクノロジー コーポレーション 適応型rf増幅器前置リミタ
KR20100136837A (ko) * 2009-06-19 2010-12-29 엘지전자 주식회사 마이크로웨이브를 이용한 조리기기

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