JPH09284355A - 送信シンボル検出方法および受信装置 - Google Patents

送信シンボル検出方法および受信装置

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JPH09284355A
JPH09284355A JP8092393A JP9239396A JPH09284355A JP H09284355 A JPH09284355 A JP H09284355A JP 8092393 A JP8092393 A JP 8092393A JP 9239396 A JP9239396 A JP 9239396A JP H09284355 A JPH09284355 A JP H09284355A
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JP
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power
timing
signal
amplification factor
sampling
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JP8092393A
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Yoichi Sato
洋一 佐藤
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TAISEI DENKI KK
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TAISEI DENKI KK
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  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】受信信号に対して最適なサンプリングタイミン
グと最適な増幅率とを互いに干渉することのない独立し
た制御によって決定する受信装置を提供する。 【解決手段】受信装置1は、タイミングt2=nT+τ
+T/4のタイミングでサンプリングした信号Z2の電
力P2とタイミングt4=nT+τ+3T/4のタイミ
ングでサンプリングした信号Z4の電力P4との和(P
2+P4)と基準値Rとを比較する(n21〜n2
4)。そして、P2+P4>Rであればカウント値を1
カウントアップし(n25)、P2+P4<Rであれば
カウント値を1カウントダウンする(n26)。このカ
ウント値が、500となれば増幅率Gを所定量小さくし
(n29)、−500となれば増幅率Gを所定量大きく
する(n30)。そして、この処理を繰り返し行い、P
2+P4をRに収束させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、受信信号を適当
な増幅率で増幅するとともに、適当なタイミングでサン
プリングを行って受信信号から送信シンボルを検出する
送信シンボル検出方法および受信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ディジタル通信における受信装置は、受
信信号の伝送路等における減衰を補償するために適当な
増幅率で受信信号を増幅するとともに、この増幅された
受信信号を適当なタイミングでサンプリングすることに
よって受信信号から送信シンボルを検出している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
受信装置では、受信信号に対する増幅率をサンプリング
された離散信号の平均電力と送信シンボルの平均電力と
が等しくなるように制御していた。したがって、最適な
サンプリングタイミングでサンプリングされた離散信号
を得た後(サンプリングタイミングの制御が完了した
後)でなければ、増幅率を最適な値に制御することがで
きなかった。すなわち、増幅率の制御とサンプリングタ
イミングの制御とが干渉しており、それぞれが独立した
制御ではなかった。このため、受信装置が、信号の受信
を開始してから送信シンボルを正確に検出することので
きる状態になるまでに要する時間が長いという問題があ
った。また、増幅率の制御動作を設計するときにはサン
プリングタイミングの制御動作を考慮しなければなら
ず、逆に、サンプリングタイミングの制御動作を設計す
るときには増幅率の制御動作を考慮しなければならない
ため、設計に手間がかかるとともに、その制御動作を実
現する構成が複雑になるため受信装置の製造コストを安
価にできないという問題を有していた。
【0004】この発明の目的は、受信信号に対して最適
なサンプリングタイミングと最適な増幅率とを互いに干
渉することのない独立した制御によって決定する受信装
置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明の送信シンボル
検出方法は、受信信号に対して送信シンボルの送信間隔
と同じ周期でサンプリングした第1の離散信号の電力
と、サンプリングタイミングが第1の離散信号に対して
前記送信間隔の半分の時間ずれた第2の離散信号の電力
と、の和に基づいて受信信号に対する増幅率を制御する
ことを特徴とする。
【0006】この構成では、受信信号における送信シン
ボルの送信間隔をTとすると、受信信号に対してt=n
T+τ(τはサンプリング位相ずれ)のタイミングでサ
ンプリングした第1の離散信号と、t=nT+τ+T/
2のタイミングでサンプリングした第2の離散信号と、
の電力の和に基づいて増幅率を制御する。
【0007】ここで、詳細は後述するが、前記第1の離
散信号の電力と前記第2の離散信号の電力との和は、サ
ンプリング位相ずれτに無関係で、増幅率に比例して変
化する値となる。したがって、前記第1の離散信号の電
力と前記第2の離散信号の電力との和が減衰の補償され
た受信信号から得られる値(基準値)と等しくなったと
きの増幅率が最適な増幅率であると言える。よって、前
記第1の離散信号の電力と前記第2の離散信号の電力と
の和に基づいて増幅率を最適な値に制御することができ
る。また、この増幅率の制御は、サンプリングタイミン
グの制御に干渉されない独立した制御であるため、受信
を開始してから最適な増幅率を得るまでに要する時間を
短縮することができるので、送信シンボルを検出するこ
とのできる受信状態完了までに要する時間が短縮され
る。また、増幅率の制御動作を設計するときには、サン
プリングタイミングの制御動作を考慮する必要がないた
め、容易に設計が行える。
【0008】また、前記第1の離散信号の電力と第2の
離散信号の電力との差に基づいて受信信号に対するサン
プリングタイミングを制御する構成を付加することもで
きる。
【0009】詳細は後述するが、前記第1の離散信号の
電力と前記第2の離散信号の電力とが等しいとき、言い
換えるならば、前記第1の離散信号の電力と前記第2の
離散信号の電力との差が0となったとき、第1の離散信
号のサンプリングタイミングからT/4または−T/4
どちらかにずれしたタイミングが最適なサンプリングタ
イミングとなる。したがって、前記第1の離散信号の電
力と第2の離散信号の電力との差に基づいてサンプリン
グタイミングを制御することによって、受信信号に対し
て最適なサンプリングタイミングでサンプリングを行う
ことができる。
【0010】さらに、請求項3、4に記載した発明は、
上記請求項1、2記載した送信シンボル検出方法を適用
した構成を備えた受信装置である。
【0011】
【発明の実施の形態】この実施の形態では、本願発明の
送信シンボル検出方法および受信装置を信号配置点を6
4個有する直行振幅変調方式(64QAM)の受信装置
に適用して説明する。図1は、64QAMの信号配置点
を示す図である。直行振幅変調方式は、互いに独立に生
成された2つのベースバンド信号を、直行する2つの搬
送波でそれぞれ振幅変調し、これらを加え合わせた信号
を用いてデータ通信を行う方式である。
【0012】図2は、この発明の実施の形態である受信
装置の構成を示すブロック図である。受信装置1は、受
信部2と、増幅部3と、A/D変換部4と、電力算出部
5と、増幅率制御部6と、タイミング制御部7と、信号
処理部8と、を備えている。受信部2は、無線信号や有
線同軸ケーブルを介して送信されてくる直行振幅変調さ
れた信号を受信し、受信信号に対して同期検波を行う。
増幅部3は、同期検波された信号を増幅して、出力す
る。A/D変換部4は、受信信号をサンプリングしてA
/D変換を行う。電力算出部5は、A/D変換された信
号の電力を算出する。増幅率制御部6は、前記増幅部3
における増幅率を制御を行う。タイミング制御部7は、
前記A/D変換部4におけるサンプリングタイミングの
制御を行う。信号処理部5は、送信シンボルを検出し、
この検出した送信シンボルに応じた処理を行う。
【0013】最初に、本願発明の基礎となる論理につい
て簡単に説明しておく。歪みの無い受信信号Y(t)
は、
【0014】
【数1】
【0015】で与えられ、この信号を増幅率Gで増幅す
ることによって、
【0016】
【数2】
【0017】を得ることができる。また、H(t)は、
余弦ロールオフ特性のインパルス応答であるので、H
(0)=1で且つ、t=nT(n≠0)のときにH(n
T)=0である。よって、t=nTのタイミングでサン
プリングした離散信号Y(nT)は、 Y(nT)=G・D・An となり、このとき増幅率GがG・D=1となる値であれ
ば、 Y(nT)=An となって、送信シンボルAn が正確に検出されることに
なる。
【0018】通常、送信されてきた信号を受信する側で
は、シンボル送信間隔Tは既知であるが、シンボルの送
信タイミングが未知であるため、受信信号に対するサン
プリングタイミングは、 t=n・T+τ (0≦τ<T) となる(τは、サンプリング位相ずれ)。
【0019】上記の説明から明らかなように、受信側で
は、増幅率GをG・D=1となる値に制御するととも
に、サンプリングタイミングをτ=0となるタイミング
に制御することによって、受信信号から送信シンボルを
正確に検出することができる。
【0020】ここで、送信シンボルは独立な系列である
とする
【0021】
【数3】
【0022】の条件のもとで、 t=n・T+τ (0≦τ<T) のタイミングでサンプリングされた離散信号の電力は
【0023】
【数4】
【0024】となる。〔数4〕において、
【0025】
【数5】
【0026】は、τに無関係な値となる。また、H
(t)のフーリエ変換をH(f)とした
【0027】
【数6】
【0028】のもとで、
【0029】
【数7】
【0030】とおき、積分区間を〔n/T−1/(2
T),n/T+1/(2T)〕(nは整数)に分割する
と、〔数6〕は
【0031】
【数8】
【0032】となる。さらに、exp(−j2πf(i
T))が1/Tの周期関数であることに注目すれば〔数
8〕は、
【0033】
【数9】
【0034】で表すことができる。そして、
【0035】
【数10】
【0036】とおけば、インパルス応答の位相τによる
サンプル値であるH(iT−τ)は、H(f;τ)のi
次フーリエ係数であると言える。したがって、
【0037】
【数11】
【0038】となる。〔数11〕において、積分内の無
限和は、δ(μ−ν)=0(μ≠ν)、且つ、∬δ(μ
−ν)dμdν=1であるから、インパルス応答の自乗
和は、
【0039】
【数12】
【0040】で与えられることになる。以上の論理に基
づくと、サンプリングされた受信信号の電力は、 ・・・+Hτ(f−2/T)+Hτ(f−1/T)+H
τ(f)+Hτ(f+1/T)+Hτ(f+2/T)+
・・・ によって作られる周期1/Tの周期関数からf=0を中
心とする基本区間〔−1/2T,1/2T〕を切り取
り、その自乗積分した結果に比例すると言うことができ
る。
【0041】ここで、実際の受信信号におけるH(f)
は厳しくロールオフされているので、この無限和として
は3項のみに着目すればよく、受信信号の電力は
【0042】
【数13】
【0043】で与えられることになる。また、f=1/
(2T) Hzで、
【0044】
【数14】
【0045】の値は、ロールオフによって第3項を無視
することができ、
【0046】
【数15】
【0047】となる。
【0048】通常、インパルス応答H(t)が実関数で
ある保証はないので、周波数特性H(f)に対する共役
対象の保証もなく、このため、H(1/(2T))とH
(−1/(2T))との間に特別な関係を持たないが、
τを0〜Tまで変化させると、必ず一箇所で〔数15〕
は0となる。通常の受信信号では、0≦τ<Tの範囲で
1つの極大と1つの極小を持つ単調な関数となる。よっ
て、サンプリングされた受信信号の電力は、0≦τ<T
の範囲で1つの極大と1つの極小を持つ単調な関数であ
り、極小を与えるτではヌル・スペクトルが f=1/
(2T) Hz で実現されていると言える。
【0049】この論理に基づけば、 t=n・T+τ (0≦τ<T) のタイミングでサンプリングされた受信信号の電力は、
図3に示すようにτ=T/2で極小値を取り、τ=0お
よびτ=Tで極大値を取る単調な曲線となる。
【0050】以下、詳細にこの実施の形態における受信
装置1の動作を説明する。受信装置1は、受信信号に対
して、以下に示すt1、t2、t3、t4の4つのタイ
ミングでサンプリングを行っている。
【0051】 t1=nT+τ、 t2=nT+τ+T/4、 t3=nT+τ+2T/4、t4=nT+τ+3T/4、 A/D変換部4から出力されるこの4つのタイミングで
サンプリングされた信号Z1、Z2、Z3、Z4は電力
算出部5に取り込まれる。
【0052】図4は電力算出部5の構成を示すブロック
図である。電力算出部5には、4つの電力算出回路11
〜14を備えている。各電力算出回路11〜14には、
A/D変換部4から出力された信号Z1〜Z4がそれぞ
れ入力されるように構成されれいる。電力算出回路11
〜14は、入力された信号の電力P1〜P4を算出し、
これを出力する。図3にここで出力される電力P1〜P
4を示した。この図から明らかなように、電力P2と電
力P4との差が0となった時には、タイミングt2が、
t2=nT+T/4、または、t2=nT+3T/4、
であり、このときの、タイミングt1、または、タイミ
ングt3が最適なサンプリングタイミングであると言え
る。また、電力P2と電力P4との和はτに無関係で、
増幅率Gに比例する値となることが言える。
【0053】タイミング制御部7は、電力P2と電力P
4を取り込み以下に示す処理を行って、サンプリングタ
イミングを制御する。電力P2がこの発明で言う第1の
離散信号の電力に相当し、電力P4がこの発明で言う第
2の離散信号の電力に相当する。図5は、タイミング制
御部7の構成を示す図である。タイミング制御部7は、
T/4(Tはシンボル送信間隔)周期のサンプリングク
ロックを出力するサンプリングクロック出力部21と、
T/64でクロックを発生する内部クロック部22と、
取り込んだ電力P2と電力P4との差(P2−P4)に
基づいてサンプリングクロックのタイミングを制御する
タイミング選択部23と、を備えている。タイミング制
御部7では、タイミング選択部23が内部クロック部2
2で発生しているクロックを選択し、この選択されたク
ロックの発生タイミングを基準にしてサンプリングクロ
ック出力部21がT/4周期のサンプリングクロックを
出力する。具体的には、タイミング選択部23に図6に
示す内部クロック部22で発生しているクロックAを選
択させると、この選択されたクロックAの発生タイミン
グを基準(t1のタイミング)としてサンプリングクロ
ック出力部21からT/4周期のサンプリングクロック
aを出力する。また、タイミング選択部23の選択をク
ロックAからクロックBに変更すれば、サンプリングク
ロック出力部21からサンプリングクロックbを出力さ
せることとなり、サンプリングタイミングが遅らされ
る。逆に、タイミング選択部23の選択をクロックAか
らクロックCに変更すれば、サンプリングクロック出力
部21からサンプリングクロックcを出力させることと
なり、サンプリングタイミングが速められる。すなわ
ち、タイミング選択部23が選択する内部クロックを変
更することによって、サンプリングタイミングを遅らせ
たり、速めたりする。
【0054】図7は、タイミング選択部23の処理を示
すフローチャートである。タイミング選択部23は、信
号処理部5から電力P2と電力P4が出力される毎にこ
れを取り込む(n1、n2)。そして、電力P2と電力
P4との差が0であればn1に戻る(n3)。P2−P
4>0であれば図示していないカウンタの係数値を1カ
ウントアップし、P2−P4<0であれば図示していな
いカウンタの係数値を1カウントダウンする(n4〜n
6)。タイミング選択部23は、カウント値が500ま
たは−500のいずれかに達しているかどうかを判定し
(n7、n8)、500または−500のいずれにも達
していなければn1に戻る。カウント値が500であれ
ばクロックの選択を現在選択している内部クロックから
1つ後の内部クロックに変更することによって、サンプ
リングタイミングを遅らせる(n9)。一方、カウント
値が−500であればクロックの選択を現在選択してい
る内部クロックから1つ前の内部クロックに変更するこ
とによって、サンプリングタイミングを速める(n1
0)。そして、タイミング選択部23は、カウント値を
リセットしてn1に戻る(n11)。例えば、図6にお
いて、クロックAが選択されているときに、カウント値
が500となればクロックBを選択し、カウント値が−
500となればクロックCを選択する。繰り返しこの処
理を実行することによって、サンプリングクロック部2
1から出力されるサンプリングクロックの位相が最終的
に電力P2と電力P4との差が0となるタイミングに収
束することになる。
【0055】ここで、P2−P4は図3からも明らかな
ように図8に示す曲線であり、P2−P4はτが0、T
/2、Tであるときに0である。よって、電力P2と電
力P4との差が0となったときには、電力P1と電力P
3を比較して大きい方の信号Z1(またはZ3)が最適
なサンプリングタイミングでサンプリングされた信号で
あると言える。言い換えるならば、受信信号に対して最
適なサンプリングタイミングでサンプリングした信号Z
1(またはZ3)を得ることができる。
【0056】次に、増幅率Gの制御について説明する。
図3からも明らかなように、電力P2とP4との和は、
τに無関係で増幅率Gに比例した値となる。例えば、ロ
ールオフ率αが25%の受信装置1では、電力P2と電
力P4との和は、 P2+P4=(GD)2 R R=1.875E〔An n * 〕となる。なお、Rは、
ロールオフ率によって異なるが、受信装置1におけるロ
ールオフ率は一定の値に固定されているものであるた
め、電力P2と電力P4との和は増幅率Gに比例する値
で有ると言える。このことから、電力P2と電力P4と
の和がRと等しくなたったときには、G・D=1が成立
しており、このときの増幅率Gが最適な増幅率であると
言える。
【0057】図9は、増幅率制御部6の処理を示すフロ
ーチャートである。増幅率制御部6は、電力P2と電力
P4が出力される毎にこれを取り込み、電力P2とP4
との和と基準値であるRとを比較する(n21〜n2
4)。この比較でP2+P4<Rであれば図示していな
いカウンタのカウント値を1カウントアップし、P2+
P4>Rであれば図示していないカウンタのカウント値
を1カウントダウンする(n25、n26)。なお、P
2+P4=Rであればn21に戻る。
【0058】増幅率制御部6は、前記カウント値が50
0または−500のいずれかであるかを判定し(n2
7、n28)、カウント値が500であれば増幅率Gを
現在よりも所定量だけ小さくした増幅率に変更し(n2
9)、カウント値が−500であれば増幅率Gを現在よ
りも所定量だけ大きくした増幅率に変更する(n3
0)。そして、カウント値をリセットしてn1に戻る
(n31)。この処理を繰替えすことにより、増幅率G
はG・D=1となる値に収束することになり、最適な増
幅率Gが設定されることとなる。
【0059】以上のように、この実施の形態における受
信装置1は、増幅率の制御と、サンプリングタイミング
の制御とが互いに干渉することなく独立して実行され
る。すなわち、サンプリングタイミングの制御が完了し
ていない状態であっても、最適な増幅率Gに制御するこ
ともできるし、逆に、増幅率Gの制御が完了していない
状態であっても最適なサンプリングタイミングに制御す
ることができる。このため、受信を開始してから受信状
態が完了するまでに要する時間を短縮することができ
る。また、増幅率の制御とサンプリングタイミングの制
御が干渉しないので、これらの制御動作の設計が独立し
て行えるようになり、設計が容易になるとともに、その
制御動作を実現するための構成も簡単になるので受信装
置1の製造コストを安価にすることができる。
【0060】この実施の形態における受信装置1を用い
て、サンプリングタイミングを制御したシュミレーショ
ンの結果を図10に示し、増幅率の制御のシュミレーシ
ョン結果を図11に示す。このシュミレーションでは、
受信信号におけるシンボルの送信間隔を2Mbit/s
ecとした。図11に示すように200000シンボル
でサンプリングタイミングが最適なタイミングとなっ
た。また、図12に示すように100000シンボルで
増幅率を最適な増幅率に制御することができた。64Q
AMでは1シンボル当たり6bitであるので、受信開
始から最適なサンプリングタイミングに制御されるまで
の時間tSは、tS=6bit×200000シンボル
/2Mbit/sec=0.6秒であった。また、最適
な増幅率が制御されるまでの時間tGは、tG=6bi
t×100000シンボル/2Mbit/sec=0.
3秒であった。
【0061】上記実施の形態ではサンプリングタイミン
グや増幅率をカウント値が500または−500となっ
たときに変化させる制御としているが、本願発明はこの
カウント値に限定されるものではない。なお、カウント
値を小さくすることによって収束時間をさらに短縮する
ことができ、また、カウント値を大きくすればふらつき
を少なくして安定して最適なサンプリングタイミング、
最適な増幅率に収束させることができる。また、受信開
始時にはカウント値を小さくしておき、ある程度収束し
たところでカウント値大きくするようにすれば、ふらつ
きが少なく且つ収束速度を短縮することができる。
【0062】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、受信
信号に対する増幅率の制御とサンプリングタイミングの
制御とが互いに干渉することなく独立して実行される。
このため、受信を開始してから受信状態が完了するまで
に要する時間を短縮することができる。また、サンプリ
ングタイミングの制御と増幅率の制御を独立して設計す
ることができるので、設計が容易になるとともに、受信
装置の構成も簡単にすることができるので製造コストを
低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】64QAMの信号配置点を示す図である。
【図2】この発明の実施の形態である受信装置の構成を
示すブロック図である。
【図3】t=n・T+τのタイミングでサンプリングさ
れた信号の電力を示す図である。
【図4】信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図5】タイミング制御部7の構成を示すブロック図で
ある。
【図6】サンプリングクロックを示す図である。
【図7】タイミング選択部の処理を示すフローチャート
である。
【図8】P2−P4とτの関係を示す図である。
【図9】増幅率制御部の処理を示すフローチャートであ
る。
【図10】タイミング制御のシュミレーション結果を示
す図である。
【図11】増幅率の制御のシュミレーション結果を示す
図である。
【符号の説明】
1−受信装置 2−受信部 3−増幅部 4−A/D変換部 5−信号処理部 6−増幅率制御部 7−タイミング制御部 8−判定部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 受信信号に対して送信シンボルの送信間
    隔と同じ周期でサンプリングした第1の離散信号の電力
    と、サンプリングタイミングが第1の離散信号に対して
    前記送信間隔の半分の時間ずれた第2の離散信号の電力
    と、の和に基づいて受信信号に対する増幅率を制御する
    ことを特徴とする送信シンボル検出方法。
  2. 【請求項2】 前記第1の離散信号の電力と第2の離散
    信号の電力との差に基づいて受信信号に対するサンプリ
    ングタイミングを制御することを特徴とする請求項1記
    載の送信シンボル検出方法。
  3. 【請求項3】 受信信号に対して送信シンボルの送信間
    隔と同じ周期でサンプリングして第1の離散信号を検出
    する第1のサンプリング手段と、前記第1のサンプリン
    グ手段に対してサンプリングタイミングを前記送信間隔
    の半分の時間ずらして第2の離散信号を検出する第2の
    サンプリング手段と、前記第1の離散信号の電力と前記
    第2の離散信号の電力との和に基づいて受信信号に対す
    る増幅率を制御する増幅率制御手段と、を備えたことを
    特徴とする受信装置。
  4. 【請求項4】 前記第1の離散信号の電力と前記第2の
    離散信号の電力との差に基づいて受信信号に対するサン
    プリングタイミングを制御するタイミング制御手段を備
    えたことを特徴とする請求項3記載の受信装置。
JP8092393A 1995-09-20 1996-04-15 送信シンボル検出方法および受信装置 Pending JPH09284355A (ja)

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