JPH11205209A - 受信装置 - Google Patents

受信装置

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JPH11205209A
JPH11205209A JP10018335A JP1833598A JPH11205209A JP H11205209 A JPH11205209 A JP H11205209A JP 10018335 A JP10018335 A JP 10018335A JP 1833598 A JP1833598 A JP 1833598A JP H11205209 A JPH11205209 A JP H11205209A
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JP
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circuit
tap
output
taps
quadrature detection
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Application number
JP10018335A
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English (en)
Inventor
Masashi Naito
昌志 内藤
Kenzo Urabe
健三 占部
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Kokusai Denki Electric Inc
Original Assignee
Kokusai Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Kokusai Electric Co Ltd filed Critical Kokusai Electric Co Ltd
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  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数アンテナ1〜3を配置したマルチパス受信
装置の到来波の遅延差が大きいときのパスダイバーシチ
効果を向上させ、適応等化のタップ係数収束時間の短縮
を図る。 【解決手段】複数の直交検波出力x(1)〜x(n)を
入力とする複数のフィードフォワードフィルタ14〜1
6と、1つのフィードフォーワドフィルタ17と、その
出力を合成する合成器10と、判定器11,差分回路1
2,タップ係数更新回路19からなる複数入力の複合適
応等化器に、伝搬路推定回路20とタップ数決定回路2
1とを設け、複数の直交検波出力のうちの1つx(1)
を入力し、既知の同期ワードパターンとの相関をとり、
その最大遅延量を検出し、その最大遅延量に対応する部
分のみ有効とし他の部分を無効とするタップ数を決定し
てタップ係数更新回路19に通知するように構成したこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はディジタル無線通信
の受信装置に関するもので、特に、移動通信の基地局に
用いられる受信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】無線通信を行う場合、受信側では、送信
局から直接到来する波(直達波)の他に、建物などに反
射してから到来する波(遅延波)が重畳されて受信され
る。いわゆるマルチパス(多重伝搬路)の問題がある。
このために所望の信号が劣化する。特に、高速ディジタ
ル陸上移動通信においては、遅延時間差を有するマルチ
パス波成分の干渉により生ずる周波数選択性フェージン
グが非常に重大な問題となり、この対策として適応等化
器,アダプティブアレイアンテナ等が有効な技術として
用いられている。
【0003】図4及び図5は従来の受信装置の要部構成
例図であり、図4はアダプティブアレイアンテナを用い
た受信装置の要部、図5は判定帰還型適応等化器を用い
たアンテナダイバーシチ形の受信装置の要部の構成例を
それぞれ示す。
【0004】図4において、1〜3はn本の受信アンテ
ナ素子、4〜6は直交検波回路、7〜9は位相振幅調整
回路、10は合成器、11は判定回路、12は差分回
路、13は複素重み付け係数 Tap(k) (kは1〜n)
更新回路である。アンテナ1〜3と直交検波回路4〜6
の間には、それぞれ受信波を処理するBPFやAGCな
どの無線回路があるが図示を省略した。また、判定回路
11から出力される判定値は差動復号後出力データとな
るが、差動復号回路の図示は省略した。
【0005】n本(2〜8本程度)の受信アンテナ素子
1〜3は、一般的に等間隔(送信信号波長の1/8〜1
程度)に線状、格子状あるいは円周上に配置される。各
アンテナ素子には、送信機からの信号が複数の伝搬路を
経て受信するため、異なる到来方向から異なる到来時間
差(遅延)を持った信号の合成(マルチパス受信波)と
して受信される。各アンテナ素子の受信信号を図示して
ない無線回路で処理した後、直交検波回路4〜6により
互いに直交するI,Qのベースバンド信号に変換した
後、位相振幅調整回路7〜9で各々のI,Q直交信号に
対し、位相回転操作及びゲイン調整を行う。位相振幅調
整回路7〜9で位相と振幅が操作された信号は、合成器
10により合成され合成出力y(t)(tは時刻)とな
る。
【0006】判定回路11は、合成出力y(t)が伝搬
路による影響がない場合の所望の信号Y(t)を推定し
判定出力(判定値)とする。差分回路12は合成出力y
(t)と所望の信号Y(t)との差信号e(誤差信号)
を検出する。複素重み付け係数更新回路13は、誤差信
号eと各アンテナの受信信号の検波出力x(1)〜x
(n)を用いて、位相振幅操作情報 Tap(1)〜 Tap
(n)を更新し、位相振幅調整回路7〜9に対して出力
する。
【0007】複素重み付け係数 Tap(k)更新回路13
における位相振幅操作情報 Tap(1)〜 Tap(n)の更
新方法は、LMS方式(Least Mean Square error ),
CMA方式(Constant Modulus Algorithm)等が知られ
ているが、いずれの方式も、希望の受信波の到来方向に
アンテナの指向性を持たせ、干渉波の方向にヌル点(到
来方向からの受信ゲインが低い点)を向けるように複素
重み付け係数 Tap(1)〜 Tap(n)を制御するもので
ある。
【0008】例として、LMS方式の各タップ係数更新
式は、次式のようになる。
【数1】 Tap= [ Tap(1) Tap(2) ……… Tap(n)]T x= [x(1) x(2) ……x(n)]T 但し、Tは転置 とすると、 Tap= Tap+μex ……… (1) ここで、μは更新重み付け係数(0.01〜0.05程度)、e
は前述の差分回路12から出力される誤差信号である。
【0009】図4の従来のアダプティブアレイアンテナ
方式の受信機の構成は、多数のアンテナに対して任意の
指向特性を与えることができ、しかも、機械的動作なし
に受信指向性を制御することができるという利点があ
る。しかし、マルチパス伝搬条件における、特に、到来
遅延差の大きい到来波(遅延波)に対しては干渉波とみ
なしてヌル点を向けるように指向制御されるため、マル
チパス環境下で遅延波を積極的に利用してパスダイバー
シチ効果を得て誤り率特性を改善しようとする等化器
や、CDMA(Code Division Multiple Access )方式
のRAKE方式にはパスダイバーシチ効果を十分発揮で
きないという欠点がある。
【0010】次に、図5に示した従来のアンテナダイバ
ーシチによる適応等化器を用いた受信機について説明す
る。図5において、1〜3はn本の受信アンテナ素子、
4〜6は直交検波回路、14〜16はフィードフォワー
ドフィルタ、10は合成器、11は判定回路、12は差
分回路、17はフィードバックフィルタ、18は複素重
み付け係数 Tap(j,k)(jは1〜n(アンテナ素子
数)、kは1〜m(フィードフォワードフィルタのタッ
プ数、1/2シンボル間隔))及び TapB(i)(iは
0〜L(フィードバックフィルタのタップ数、1シンボ
ル間隔))更新回路(又はタップ係数更新回路)であ
る。この図においても、アンテナ1〜3と直交検波回路
4〜6の間の無線回路、及び判定値を復号処理する復号
回路の図示を省略した。
【0011】この受信装置において、フィードフォワー
ドフィルタ14〜16とフィードバックフィルタ17よ
りなる等化フィルタ部と、その出力を合成器10で合成
し出力信号の判定をして判定値を出力する判定回路11
及び誤差検出を行う差分回路12と、フィルタのタップ
係数を伝搬路の変動に応じて更新する適応アルゴリズム
回路すなわちタップ係数更新回路18とは複数アンテナ
からの複数入力複合適応等化器(判定帰還形等化器)を
構成する。
【0012】例として、タップ係数更新回路18におけ
るLMS方式の各タップ係数更新式を同様に示すと、次
のようになる。
【数2】
【0013】直交検波出力xを各フィードフォワードフ
ィルタ14〜16の入力信号とし、判定値Yをフィード
バックフィルタ17の入力信号、Tを1シンボル時間と
すれば、上記タップ更新式は次のようになる。
【数3】Tap= Tap+μex ……(2) TapB= TapB+μex ……(3)
【0014】n本の受信アンテナ素子1〜3のアンテナ
間隔を波長に比べて大きくとるように配置すれば、各受
信アンテナの受信信号間の相関が無く(相関=0)な
り、最も高いアンテナダイバーシチ特性が得られる。た
だし、相関が0.8程度以下であれば高いダイバーシチ
効果が得られることが知られているので、アンテナ間隔
を適当に隔離すれば、図4のアダプティブアレイアンテ
ナと同様な配置でも、複数アンテナによる大きな特性改
善効果が期待できる。
【0015】送信機からの電波は、複数の伝搬路を経て
受信し、異なる到来方向から到来すると共に異なる到来
時間差を持って受信する。特に、到来時間差が1シンボ
ル長に比べて無視できない長い受信信号(遅延波)の合
成(マルチパス)は、受信誤り率特性の劣化の大きな要
因となることが知られている。
【0016】等化器はこのマルチパスを分離することが
でき、特に、最尤系列推定型の等化器の場合、この受信
合成信号の先行波と遅延波を分離し同位相化補正して合
成(等化出力)することが等価的に可能である。また、
判定帰還型の等化器では、先行波と遅延波のうち、受信
レベルの高い方を強調し低い方をキャンセルする動作に
よってパス選択ダイバーシチ効果が得られる。
【0017】また、各アンテナの受信信号は無相関の信
号(各マルチパスの位相関係が異なって合成)となるの
で、合成器10で合成することにより、スペースダイバ
ーシチによる誤り率改善効果が得られる。判定回路11
ではダイバーシチ合成された信号から変調方式に従った
シンボル判定を行うことにより、パスダイバーシチとス
ペースダイバーシチの効果を合わせ持つことが可能であ
る。しかし、制御すべきフィルタ部のタップ係数の総数
がm×n+Lとなり、図4の総数nに対して増えるた
め、等化出力の収束に時間がかかり伝搬路変動への追従
特性が劣化する。一般に、タップ係数の収束に必要な時
間は、LMS方式の場合、タップ数の十倍に匹敵するシ
ンボル数が必要であり、時間がかかることが知られてい
る。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した図4及び
図5の従来の受信装置の構成について、選択性フェージ
ングに対する対策特性の長所と短所を整理すると次の通
りである。図4の構成は、干渉波方向にヌル点を向ける
ように複数アンテナの指向特性を制御するため、干渉波
存在時の誤り率特性の改善効果が大きい。しかし、マル
チパスフェージング環境下、例えば、到来遅延差が大き
くシンボル長に比べて無視できないような遅延波存在時
の環境下では、遅延波を干渉波と見なしてヌル点を向け
てしまうためパスダイバーシチ効果を得ることができな
いという問題点がある。一方、図5の構成は、図4での
問題であったマルチパスフェージング環境下でもパス分
離を行い適応等化を行うので、パスダイバーシチの効果
を発揮することができる。しかし、等化出力の収束時間
が長くかかり追従特性の点で問題がある。
【0019】本発明は、両者の特徴を相補的に利用して
上述の欠点をなくし、より効果的なパスダイバーシチ及
びスペースダイバーシチ効果が得られる複数のアンテナ
を用いた受信装置を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明の受信装置は、互
いに所定の間隔で配置されたn本(nは2以上の整数)
のアンテナ素子でマルチパス受信されるディジタル無線
信号をそれぞれ無線回路処理した信号を直交検波してそ
れぞれベースバンドの直交検波信号を出力するn個の直
交検波回路と、該n個の直交検波信号が入力されるn個
のフィードフォワードフィルタの出力と判定値が入力さ
れる1個のフィードバックフィルタの出力を合成する合
成器とで伝搬路歪みを推定する伝搬路推定部と、前記合
成器の出力である等化出力を基に受信データを判定し復
号出力データとするための判定値を出力するとともに前
記フィードバックフィルタに該判定値を与える判定回路
と、該判定値と前記等化出力との差分を用いて前記n個
のフィードフォワードフィルタと前記1個のフィードバ
ックフィルタのタップ係数を伝搬路の変動に応じて更新
するタップ係数更新回路とからなる複数入力の複合適応
等化器とを備えた受信装置において、前記n個の直交検
波信号のうちの任意の直交検波信号と既知の同期ワード
パターンとの相関をとりその相関ピーク波形からマルチ
パス中の最大遅延量を決定し前記n個のフィードフォワ
ードフィルタと前記1個のフィードバックフィルタのタ
ップ数を該最大遅延量に対応する部分のみ有効とし他の
部分を無効とするタップ数決定通知を前記タップ係数更
新回路に与える相関検出タップ数決定手段を設け、前記
複数入力の複合適応等化器の前記等化出力の収束時間を
短くしたことを特徴とするものである。
【0021】さらに、互いに所定の間隔で配置されたn
本(nは2以上の整数)のアンテナ素子と、該n本のア
ンテナ素子でマルチパス受信されるディジタル無線信号
をそれぞれ無線回路処理するn個の無線回路と、該n個
の無線回路の出力をそれぞれ直交検波してベースバンド
の直交検波信号を出力するn個の直交検波回路と、それ
ぞれm個のタップ数を有し前記n個の直交検波信号を該
m個の等間隔の時系列信号としてそれぞれ入力するn個
のフィードフォワードフィルタと、L個のタップ数を有
し該L個の時系列信号として1シンボル毎に判定値を入
力するフィードバックフィルタと、前記n個のフィード
フォワードフィルタの出力と前記1個のフィードバック
フィルタの出力を合成する合成器と、該合成器の出力で
ある等化出力を基に受信データを判定し前記判定値を出
力する判定回路と、前記等化出力と前記判定値との差分
をとり等化誤差として出力する差分回路と、前記n個の
直交検波信号と前記等化誤差を基に前記n個のフィード
フォワードフィルタ及び前記1個のフィードバックフィ
ルタのタップ係数を伝搬路の変動に応じて更新するタッ
プ係数更新回路とからなる複数入力の複合適応等化器と
を備えた受信装置において、前記n個の直交検波信号の
うちの任意の直交検波信号と既知の同期ワードパターン
との相関をとりその相関ピーク波形を出力する伝搬路推
定回路と、該相関ピーク波形から予め定めた値以上の電
力をもつピークの最大遅延量に対応して前記タップ数m
およびLを決定するタップ数決定回路とを備え、前記タ
ップ係数更新回路は、前記n個の直交検波信号と前記等
化誤差を基に前記タップ数決定回路で決定されたタップ
数に従って前記n個のフィードフォワードフィルタ及び
前記1個のフィードバックフィルタのタップ係数を更新
するように構成され、前記n個のフィードフォワードフ
ィルタと前記1個のフィードバックフィルタのタップ数
を該最大遅延量に対応する部分のみ有効とし他の部分を
無効とすることにより前記等化出力の収束時間を短くし
たことを特徴とするものである。
【0022】
【発明の実施の形態】図1は本発明の受信装置の第1の
実施例を示す要部構成図であり、アダプティブアレイア
ンテナの等化タップ数適応型受信装置である。図1にお
いて、1〜3はn本の受信アンテナ素子、4〜6は直交
検波回路、14〜16はフィードフォワードフィルタ、
10は合成器、11は判定回路、12は差分回路、17
はフィードバックフィルタ、19は複素重み付け係数 T
ap(j,k)(jは1〜n(アンテナ素子数)、kは1
〜m(フィードフォワードフィルタのタップ数))及び
TapB(i)(iは1〜L(フィードバックフィルタの
タップ数))更新回路、20は伝搬路推定回路、21は
Tap数決定回路である。
【0023】この第1の実施例の回路図では、図4,図
5の従来例と同様に、アンテナ1〜3と直交検波回路4
〜6の間の無線回路、及び判定値を復号して出力データ
を得る復号回路部分の図示は省略した。
【0024】構成要素のフィードフォワードフィルタ1
4〜16、合成器10、判定回路11、差分回路12、
フィードバックフィルタ17、タップ係数更新回路19
は、図5の従来例と同様に複数入力の複合適応等化器を
構成する回路である。
【0025】伝搬路推定回路20とタップ係数決定回路
21とは伝搬路推定部を構成し、予め送信信号のバース
トの一部にユーザチャネル固有のパターン(同期ワー
ド)を組み込むフレーム構成をとることにより、受信信
号と既知の同期ワードパターンとの相関をとって伝搬路
の状態を推定する。つまり、伝搬路推定部は、図3のよ
うにマルチパスの到来時刻差で相関パルスが検出可能で
あるので、この相関パルスのうち、最大の遅延を与える
パルスの位置から対応すべき遅延量を定め、フィードフ
ォワードフィルタ14〜16のタップ数m、及びフィー
ドバックフィルタ17のタップ数Lを決定してタップ係
数更新回路19に通知する。このように設定することに
より無駄なタップを無効化し、各フィルタのタップ数を
等化可能な範囲で最小にすることができる。例として、
次の表1のように、遅延差kシンボルに対応してタップ
数m,Lを決定する。遅延差kシンボルは、最大の相関
電力を持つ相関ピーク値−6dBよりも大きい電力を持
つ相関ピーク位置の、先行波位置からの時刻差をkシン
ボルとする。(k≦D:想定する伝搬路での最大遅延量
をDシンボルとする。)
【0026】
【表1】
【0027】ここで、遅延波がほとんどない状況、例え
ば、遅延差kシンボルが0.25以下のときは、図4の
従来の構成と同じ(フィードバックフィルタ無し)にな
り、干渉波にヌル点を向ける一般的なアダプティブアレ
イアンテナの構成と同じになる。Tap係数更新回路19
は、1シンボルごとに Tap数決定回路21からのタップ
数m及びLに従って、(2)式及び(3)式から Tapと
TapBを計算し、その他のタップ係数を0とすることに
より伝搬路の状況に応じてタップ数を可変する制御を行
う。このような制御により、遅延波の遅延量が少ない場
合でのタップ係数の収束の高速化を図ることができる。
【0028】次に、図2は本発明の第2の実施例を示す
構成図であり、長遅延波存在時のタップ係数の収束を高
速化することのできる構成である。この第2の実施例
は、アダプティブアレイアンテナの等化タップ数を初期
切替えする等化タップ数適応型受信装置であり、図1の
第1の実施例の Tap数決定回路21とタップ係数更新回
路19との間に初期切替回路22を設け、初期引き込み
時に、タップ数m=1,L=0として先行波のみでタッ
プ係数を高速に収束させる構成である。従って、この時
点では、遅延波到来方向にヌル点が向けられることにな
る。その後 Tap数決定回路21からのタップ数m,Lで
全タップを更新するように切替える初期切替回路22の
作用により、引き込みの高速化(先行波への引き込み)
と、遅延波存在時に遅延波の等化を実現できる。
【0029】以上、図1及び図2で説明したように、本
発明の第1及び第2の実施例は、従来技術で切り捨てて
いた遅延波成分を希望信号として復調に利用し、かつ、
タップ係数の収束を高速化できることによる誤り率改善
効果は大きい。
【0030】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明を
実施することにより、到来遅延差がシンボル長に比べて
大きい場合でもパスダイバーシチ効果が得られるととも
に、タップ係数の収束を高速化して誤り率を改善するこ
とができるので、ディジタル移動無線の伝送品質向上の
効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示すアダプティブアレ
イアンテナの等化タップ数適応型受信装置の要部構成例
図である。
【図2】本発明の第2の実施例を示すアダプティブアレ
イアンテナの等化タップを初期切替する等化タップ数適
応型受信装置の要部構成例図である。
【図3】本発明で付加した伝搬路推定回路によって得ら
れる相関検出による伝搬路推定出力波形例を示す説明図
である。
【図4】従来技術のアダプティブアレイを用いた受信装
置の構成例図である。
【図5】従来技術の複数アンテナ受信型等化器付受信装
置の構成例図である。
【符号の説明】
1,2,3 受信アンテナ 4,5,6 直交検波回路 7,8,9 位相振幅調整回路 10 合成器 11 判定回路 12 差分回路 13,18,19 タップ係数更新回路 14,15,16 フィードフォワードフィルタ 17 フィードバックフィルタ 20 伝搬路推定回路 21 Tap数決定回路 22 初期切替回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに所定の間隔で配置されたn本(n
    は2以上の整数)のアンテナ素子でマルチパス受信され
    るディジタル無線信号をそれぞれ無線回路処理した信号
    を直交検波してそれぞれベースバンドの直交検波信号を
    出力するn個の直交検波回路と、 該n個の直交検波信号が入力されるn個のフィードフォ
    ワードフィルタの出力と判定値が入力される1個のフィ
    ードバックフィルタの出力を合成する合成器とで伝搬路
    歪みを推定する伝搬路推定部と、前記合成器の出力であ
    る等化出力を基に受信データを判定し復号出力データと
    するための判定値を出力するとともに前記フィードバッ
    クフィルタに該判定値を与える判定回路と、該判定値と
    前記等化出力との差分を用いて前記n個のフィードフォ
    ワードフィルタと前記1個のフィードバックフィルタの
    タップ係数を伝搬路の変動に応じて更新するタップ係数
    更新回路とからなる複数入力の複合適応等化器とを備え
    た受信装置において、 前記n個の直交検波信号のうちの任意の直交検波信号と
    既知の同期ワードパターンとの相関をとりその相関ピー
    ク波形からマルチパス中の最大遅延量を決定し前記n個
    のフィードフォワードフィルタと前記1個のフィードバ
    ックフィルタのタップ数を該最大遅延量に対応する部分
    のみ有効とし他の部分を無効とするタップ数決定通知を
    前記タップ係数更新回路に与える相関検出タップ数決定
    手段を設け、 前記複数入力の複合適応等化器の前記等化出力の収束時
    間を短くしたことを特徴とする受信装置。
  2. 【請求項2】 互いに所定の間隔で配置されたn本(n
    は2以上の整数)のアンテナ素子と、 該n本のアンテナ素子でマルチパス受信されるディジタ
    ル無線信号をそれぞれ無線回路処理するn個の無線回路
    と、 該n個の無線回路の出力をそれぞれ直交検波してベース
    バンドの直交検波信号を出力するn個の直交検波回路
    と、 それぞれm個のタップ数を有し前記n個の直交検波信号
    を該m個の等間隔の時系列信号としてそれぞれ入力する
    n個のフィードフォワードフィルタと、L個のタップ数
    を有し該L個の時系列信号として1シンボル毎に判定値
    を入力するフィードバックフィルタと、前記n個のフィ
    ードフォワードフィルタの出力と前記1個のフィードバ
    ックフィルタの出力を合成する合成器と、該合成器の出
    力である等化出力を基に受信データを判定し前記判定値
    を出力する判定回路と、前記等化出力と前記判定値との
    差分をとり等化誤差として出力する差分回路と、前記n
    個の直交検波信号と前記等化誤差を基に前記n個のフィ
    ードフォワードフィルタ及び前記1個のフィードバック
    フィルタのタップ係数を伝搬路の変動に応じて更新する
    タップ係数更新回路とからなる複数入力の複合適応等化
    器とを備えた受信装置において、 前記n個の直交検波信号のうちの任意の直交検波信号と
    既知の同期ワードパターンとの相関をとりその相関ピー
    ク波形を出力する伝搬路推定回路と、 該相関ピーク波形から予め定めた値以上の電力をもつピ
    ークの最大遅延量に対応して前記タップ数mおよびLを
    決定するタップ数決定回路とを備え、 前記タップ係数更新回路は、前記n個の直交検波信号と
    前記等化誤差を基に前記タップ数決定回路で決定された
    タップ数に従って前記n個のフィードフォワードフィル
    タ及び前記1個のフィードバックフィルタのタップ係数
    を更新するように構成され、 前記n個のフィードフォワードフィルタと前記1個のフ
    ィードバックフィルタのタップ数を該最大遅延量に対応
    する部分のみ有効とし他の部分を無効とすることにより
    前記等化出力の収束時間を短くしたことを特徴とする受
    信装置。
  3. 【請求項3】 前記タップ数決定回路と前記タップ係数
    更新回路との間に初期切替回路を設け、初期引込み時に
    は前記タップ係数更新回路に対して前記タップ数m=
    1,L=0を与えてタップ係数の更新を行わしめ、初期
    引込み終了時に前記タップ数決定回路で決定されたタッ
    プ数を与えてタップ係数を更新させるように構成された
    ことを特徴とする請求項2記載の受信装置。
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