JP2002016587A - 受信方法及び受信装置 - Google Patents

受信方法及び受信装置

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JP2002016587A
JP2002016587A JP2000199102A JP2000199102A JP2002016587A JP 2002016587 A JP2002016587 A JP 2002016587A JP 2000199102 A JP2000199102 A JP 2000199102A JP 2000199102 A JP2000199102 A JP 2000199102A JP 2002016587 A JP2002016587 A JP 2002016587A
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司 吉村
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  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 携帯電話などの無線通信端末において、同期
判定を高速で行い、伝送品質の劣化を補償して受信特性
を向上し得るようにする。 【解決手段】 パイロットシンボルが伝送データに合成
されて無線伝送された信号を受信する場合に、受信信号
からパイロットシンボルの位相を判定し、その判断した
位相に基づいて、受信信号の同期タイミングを判定し、
その同期タイミングを基準として受信信号を復調するよ
うにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、無線通信端末装置
に適用される受信方法及び受信装置に関し、特にCDM
A(Code Division Multiple Accsess:符号分割多元接
続)方式によるセルラ無線通信システムに適用して好適
な受信方法及び受信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、移動体通信分野の市場が急速に拡
大しているが、無線を用いたデジタル携帯電話システム
における特有の問題としてフェージングがある。
【0003】このフェージングとは、自然現象や構造物
等による影響を受けて状態が時々刻々と変化する伝送路
において、異なる多くの電波を携帯電話機などの移動局
が受信しながら移動した場合、ドップラー効果のために
前方からの電波の周波数が高くなると共に、後方からの
電波の周波数が低くなり、これらの各電波がそれぞれ受
信されて合成されたときに振幅と位相がひずむことによ
って受信レベルが変動する現象であり、伝送品質の劣化
を引き起こす原因となっている。
【0004】このようなフェージングに起因する伝送品
質の劣化を補償するために、移動通信システムでは、例
えば送信側である基地局において送信データに対して畳
み込み符号化を行うと共に、インターリーブによってデ
ータの並び替えを行い、その結果得られる符号化ビット
系列を変調処理することにより情報シンボル群を生成す
る。
【0005】そして基地局においては、情報シンボル群
に、別チャンネルでパイロットシンボルのみのフレーム
を付加し、その結果得られる送信シンボル群に対してフ
ィルタリング処理、デジタルアナログ変換処理及び周波
数変換処理を施すことによって、所定周波数チャンネル
の送信信号を生成するアンテナを介して携帯電話機に送
信する。
【0006】因みに、ここで付加されるパイロットシン
ボルは、受信側である携帯電話機において予め分かって
いる既知パターンのシンボルであり、当該携帯電話機は
既知パターンのパイロットシンボルと受信データのパイ
ロットシンボルとを比較することにより、フェージング
の特性を推定し得るようになされている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところでかかる構成の
携帯電話機においては、移動速度に応じてフェージング
の特性が大きく変化し、マルチパスによるフェージング
の影響を受けやすい。それに伴って、携帯電話機が備え
る受信装置の同期が外れてしまう場合が存在した。
【0008】このため携帯電話機は、移動速度に応じて
変化するフェージングに起因した伝送品質の劣化を補償
することが困難であり、受信特性を向上し得ないという
問題があった。
【0009】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、同期判定を高速で行い、伝送品質の劣化を補償して
受信特性を向上し得る受信装置及び受信方法を提案する
ことを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、受信信号から
パイロットシンボルの位相を判定し、その判断した位相
に基づいて、受信信号の同期タイミングを判定し、その
同期タイミングを基準として受信信号を復調するように
したものである。
【0011】このようにしたことで、パイロット信号成
分の位相を基準とした正確なタイミングで受信信号を復
調できるようになる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の一実施の形態を説明する。
【0013】図1は、本例の携帯電話システムの構成を
示したものである。図1において、1はデジタル携帯電
話システムを全体として示し、通信サービスを提供する
エリアを分割してなる各セル内に配置された基地局2
と、当該基地局2と双方向で通信する移動局としての携
帯電話機3とによって構成されている。
【0014】図1に示すように、基地局2から携帯電話
機3に届く信号には、基地局2からの電波が携帯電話機
3に直接届くパスP1の他に、基地局2からの電波が建
物4を反射して携帯電話機2に届くパスP2や、基地局
2からの電波が別の建物5を反射して携帯電話機2に届
くパスP3等、複数のパスがある。
【0015】ここで、デジタル携帯電話システム1にお
いて送信側では、所定の周波数チャンネルを所定間隔幅
のフレームで時間的に区分けすると共に、そのフレーム
をそれぞれ所定時間幅のタイムスロットに分割して送信
信号を送信するようになされている。なお、以降の説明
では、送信用に割り当てられたタイムスロットを送信ス
ロットと呼び、受信して得られたフレームのタイムスロ
ットを受信スロットと呼ぶ。
【0016】図2は、デジタル携帯電話システム1の基
地局2の構成を示した図である。図2に示すように、基
地局2は送信データである情報ビット系列S1を畳み込
み符号化回路11に入力する。畳み込み符号化回路11
は、所定段数のシフトレジスタとエクスクルーシブオア
回路とからなり、入力された情報ビット系列S1に対し
て畳み込み符号化を施し、その結果得られる符号化ビッ
ト系列S2をインターリーブバッファ12に送信する。
【0017】インターリーブバッファ12は、符号化ビ
ット系列S2を順番に内部の記憶領域に格納し、当該記
憶領域全体に符号化ビット系列S2が格納されると(す
なわち符号化ビット系列S2が所望量蓄積されると)、
符号化ビット系列S2の順番をランダムに並び換え(以
下、この順番を並び換えることをインターリーブと呼
ぶ)、その結果得られる符号化ビット系列S3をスロッ
ト化処理回路13に送出する。
【0018】因みに、インターリーブバッファ3の記憶
容量としては、複数の送信スロットに符号化ビット系列
S3が分散されるようにするため、複数スロット分の記
憶容量を有している。
【0019】スロット化処理回路13は、符号化ビット
系列S3を送信スロットに割り当てるために当該符号化
ビット系列S3を所定ビット数毎に区分けし、その結果
得られる符号化ビット群S4を順番にQPSK(Quadra
ture Phase Shift Keying)変調回路14に送出する。
【0020】QPSK変調回路14は、符号化ビット群
S4に対してそれぞれQPSK変調処理を施し、その結
果得られる情報シンボル群S5を順に加算回路15に送
出する。
【0021】加算回路15は、図3に示すように、送信
スロットに応じて区分けされた情報シンボル群S5にパ
イロットシンボル発生回路16から供給されるパイロッ
トシンボルPを付加し、その結果得られる送信シンボル
群S6を順にスペクトラム拡散処理回路17に送出す
る。
【0022】ここで、付加されるパイロットシンボルP
は受信側である携帯電話機3において予め分かっている
既知パターンのシンボルであり、受信側では同一のパイ
ロットシンボルPをリファレンスとして用いることによ
り、フェージング等による伝送路の特性を推定し得るよ
うになされている。
【0023】スペクトラム拡散処理回路17は、内部の
PN(Pseudo Noise)コード生成器(図示せず)によっ
て生成したPNコードを送信シンボル群S6に乗算する
ことによりスペクトラム拡散処理を施し、その結果得ら
れる広帯域拡散信号S7をRF(Radio Frequecy:高周
波)回路18に送出する。
【0024】RF回路18は、広帯域拡散信号S7に対
してフィルタリング処理及びデジタルアナログ変換処理
を施して送信信号を生成し、これを周波数変換すること
により所定周波数チャンネルの送信信号S8を生成した
後、アンテナ19を介して無線送信するようになされて
いる。
【0025】基地局2から送信された送信信号S8は、
空間中において一般にノイズの混入を受けると共にフェ
ージングの影響を受ける。すなわち送信信号S8が伝搬
される空間は伝送路6に等価であると見なすことができ
るので、送信信号S8は伝搬されている間にフェージン
グ発生源21からの影響を乗算器22による乗算形式で
受け、ノイズ発生源23からのノイズを加算器24によ
る加算形式で受けることになる。
【0026】このように伝送路6を伝搬されてきた送信
信号S8は、ノイズ及びフェージングの影響を受けた状
態の送信信号S9として携帯電話機3のアンテナ31
(図4参照)によって受信される。
【0027】次に、移動局である携帯電話機3の構成
を、図4を参照して説明する。携帯電話機3は、アンテ
ナ31で送信信号S9を受信することにより得た受信信
号S11を、受信処理部30のRF回路32に入力す
る。RF回路32は、受信信号S11をベースバンドの
帯域まで周波数変換した後、上述した広帯域拡散信号S
7に対応した広帯域拡散信号S12を取り出し、これを
アナログ/デジタル変換回路(A/D回路)33に送出
する。
【0028】A/D回路33は、広帯域拡散信号S12
に対してデジタル変換処理を施し、その結果得られるデ
ジタル広帯域拡散信号S13をサーチャ回路34、逆拡
散処理回路35,37及び39に送出する。
【0029】次にサーチャ回路34は、並列接続された
多段数のシフトレジスタ及び総加算器によって構成され
るマッチトフィルタであり、内部で発生した局部PNコ
ードの位相を順次シフトしながら当該局部PNコードと
広帯域拡散信号S13とを並列的に乗算して加算するこ
とにより相関値を算出し、当該相関値のピークが得られ
たときを同期取得したタイミングとして逆拡散処理回路
35,37,38及び復調回路36,38,40に通知
する。
【0030】これにより逆拡散処理回路35,37,3
9及び復調回路36,38,40は、サーチャ34から
通知されるタイミングを基に逆拡散処理及び復調処理を
開始するようになされている。
【0031】逆拡散処理回路35,37及び39は、A
/D回路33から広帯域拡散信号S13が振り分けられ
て供給されるようになされており、それぞれのパスに対
して逆拡散処理を施すことにより、基地局2で生成した
送信シンボル群S6(図3参照)に対応する送信シンボ
ル群S14,S15及びS16を生成し、これを復調回
路36,38及び40に送信する。
【0032】復調回路36,38及び40は、送信シン
ボル群S14,S15及びS16に対してそれぞれQP
SK復調処理を施し、その結果得られる符号化ビット群
S17,S18及びS19を同期判定回路41,42,
43及びレーク(RAKE)合成器44に送出する。同
期判定回路41,42,43に供給する符号化ビット群
S17,S18及びS19については、パイロットシン
ボルPの符号化ビット群であり、レーク合成器44に供
給する符号化ビット群S17,S18及びS19につい
ては、情報シンボルの符号化ビット群である。
【0033】ここで、逆拡散処理回路35、復調回路3
6及び同期判定回路41の一組(1つの系列)を通常フ
ィンガ回路と呼んでおり、この実施の形態における携帯
電話機3の受信処理部30にはマルチパスに対応して例
えば3組のフィンガ回路が設けられている。
【0034】しかしながら、マルチパスによる種々のパ
スを介して携帯電話機3に到達した送信信号S9の中に
は、データとして十分に復調し得ないものも存在してい
るので、各フィンガ回路に割り当てたパスを切り換える
処理が必要になる。
【0035】そこで同期判定回路41,42及び43
は、復調回路から供給されるパイロットシンボルを用い
て、同期判定を行い、逆拡散処理回路35及び復調回路
36、逆拡散処理回路37及び復調回路38、逆拡散処
理回路39及び復調回路40の組み合わせでなる各フィ
ンガ回路に割り当てたパスの同期が外れたら、そのパス
の信号を加算しないように切り換えるように制御する。
【0036】すなわち受信処理制御部50は、所定速度
で移動しているときにはマルチパスの状態が瞬時に切り
換わるので、各フィンガ回路に割り当てたパスの同期が
外れた状態であると判断できる状況になったら、そのパ
スの信号を加算しないように切り換える制御を行う。
【0037】ところで復調回路36,38及び40は、
受信シンボル群S14,S15及びS16におけるパイ
ロットシンボルPの復調結果に、フェージングの影響に
よる位置ずれ及び振幅ずれが発生している否かを判定す
ることにより、チャンネル推定を行う。
【0038】復調回路36,38及び40は、パイロッ
トシンボルPの復調結果を調べて、予め保持しているリ
ファレンスの位相及び振幅に対して位相ずれ及び振幅ず
れが発生しているときには、パイロットシンボルPに続
く情報シンボルIの復調結果を位相ずれ分及び振幅ずれ
分だけ戻し、これを符号化ビット群S17,S18及び
S19としてレーク合成器44に送出する。
【0039】レーク合成器44は、復調回路36,38
及び40から供給された符号化ビット群S17,S18
及びS19を、マルチパスによる到達時刻の時間的な位
相ずれを同期させた状態で合成し、その結果得られる符
号化ビット群S20をスロット連結処理回路45に送出
する。
【0040】スロット連結処理回路45は、スロット単
位で断片的に得られる符号化ビット群S20を連続信号
となるように連結する回路であり、次段のデインターリ
ーブ及びビタビデコーダ46のデインターリーブバッフ
ァの記憶容量分だけ符号化ビット群S20を蓄積した
後、当該符号化ビット群S20を連結し、その結果得ら
れる符号化ビット系列S21をデインターリーブ及びビ
タビデコーダ46に送出する。
【0041】デインターリーブ及びビタビデコーダ46
は、複数スロット分の記憶容量を有しており、供給され
る符号化ビット系列S21を順次内部の記憶領域に格納
し、基地局3のインターリーブバッファ13で行った並
び換えと逆の手順で符号化ビット系列S21の順番を並
び換えることにより元の並び順に戻した後、さらに畳み
込み符号のトレリスを考え、データとして取り得る全て
の状態遷移の中から最も確からしい状態を推定(いわゆ
る最尤系列推定)することにより、送信された情報ビッ
ト系列S22を復元する。
【0042】なお本例におけるデジタル携帯電話システ
ム1においては、基地局2から携帯電話機3への方向、
いわゆる下り方向の送受信についてのみ説明したが、実
際には携帯電話機3にも送信回路が搭載されると共に基
地局2にも受信回路が搭載されており、携帯電話機3か
ら基地局2への通常の上り方向の送受信も行われるよう
になされている。
【0043】図5は、本例の同期判定回路41,42及
び43の構成を示すブロック図である。信号強度演算回
路60は復調回路36,38及び40から供給されたパ
イロットシンボル群に対して、信号強度を演算し、信号
強度信号S31を判定回路65に送出する。
【0044】基準位相演算回路61は復調回路から供給
されたパイロットシンボル群に対して基準位相を演算
し、基準位相信号S32を位相判定回路63に送出す
る。
【0045】位相判定回路62及び63はパイロットシ
ンボル群および基準位相演算回路から供給された基準位
相信号S32に対して、例えば図6で示すように、シン
ボル値を位相情報S33及びS34に変換する。図6で
は、シンボル値を16位相値(Phase 0〜15)に変換
する例である。図6の例においては、位相情報を16分
割する場合について述べたが、これ以外の種々の分割数
で位相情報を得るようにしても良い。
【0046】位相誤差判定回路64は位相判定回路62
から供給される位相情報S33を、位相判定回路63か
ら供給される基準位相情報S34に基づいて判定し、位
相誤差情報S35を判定回路65に送出する。
【0047】判定回路65は、受信処理制御部50によ
り設定された閾値で信号強度演算回路60および位相誤
差判定回路64から供給された情報S31及びS35を
判定し同期判定を行う。同期が外れた場合には、受信処
理制御部50は同期が外れたフィンガ回路の割り当てを
新たなものに、切り換えるようには制御する。
【0048】次に、その動作について図7のフローチャ
ートを参照して説明する。先ず、ステップSP1におい
て、信号強度演算回路60は復調回路から供給されたパ
イロットシンボル群に対して、信号強度の演算を行う。
【0049】次に、ステップSP2において、基準位相
演算回路61は復調回路から供給されたパイロットシン
ボル群に対して基準位相の演算を行う。
【0050】次のステップSP3では、位相判定回路6
2及び63はパイロットシンボル群及び基準位相演算回
路61から供給されたシンボルを位相情報S33及びS
34に変換する。
【0051】次のステップSP4では、位相誤差判定回
路64は位相判定回路62から供給される位相情報S3
3を、位相判定回路63から供給される基準位相情報S
34に基づいて判定を行う。
【0052】次のステップSP5では、判定回路65
は、受信処理制御部50により設定された閾値(信号強
度の閾値及び位相誤差の閾値)で信号強度演算回路60
および位相誤差判定回路64から供給された情報S31
及びS35に基づいて、同期判定を行う。同期が外れた
場合には、受信処理制御部50は同期が外れたフィンガ
回路の割り当てを、新たなものに切り換えるように制御
する。同期状態が維持される場合には、ステップSP1
に戻る。
【0053】以上説明した構成及び処理によれば、携帯
電話機3は同期検出回路41,42及び43から供給さ
れる同期情報に基づいてフィンガ自身の同期状態を確認
し、伝送路状態に合わせた最適な受信処理を実行するこ
とにより、伝送品質の劣化を補償した受信特性を一段と
向上することができる。また、受信データビットを使用
した同期判定を行わないので、情報ビット系列S22を
復元する時間が短縮でき、高速な同期判定を行うことが
できる。特に、従来のこの種のシステムに適用される受
信装置では、レーク合成器で合成された後の信号から、
受信データに含まれる同期ワードを検出して、その同期
ワードの検出タイミングから同期検出を行うようにして
いたので、同期タイミングの検出にもマルチパスフェー
ジングの影響があったが、本例の場合には、レーク合成
する前のそれぞれのパスから直接同期タイミングを検出
し、良好に同期タイミングを検出できた系列(フィン
ガ)だけを使用するので、迅速かつ良好に処理が行え
る。
【0054】なお、上述した実施の形態では、同期タイ
ミングの検出として、受信信号に含まれるパイロットシ
ンボルの位相検出と、振幅情報である信号強度検出とか
ら行うようにしたが、パイロットシンボルの位相検出だ
けから同期タイミングを検出するようにしても良い。
【0055】また、上述した実施の形態では、複数のフ
ィンガを受信系の回路に設けて、その複数のフィンガの
信号をレーク合成する構成としたが、レーク合成しない
受信構成の場合にも、上述した同期タイミングの検出処
理を適用することができる。
【0056】また、上述した実施の形態では、セルラ方
式の無線通信端末において、CDMA方式で所定の拡散
コードにより拡散された信号を受信する受信装置に適用
される同期検出装置としたが、他の方式の無線システム
において、同期タイミングを検出する場合にも適用でき
るものである。
【0057】
【発明の効果】本発明によると、受信信号からパイロッ
トシンボルの位相を判定し、その判断した位相に基づい
て、受信信号の同期タイミングを判定し、その同期タイ
ミングを基準として受信信号を復調するようにしたこと
で、パイロットシンボルの位相を基準とした正確なタイ
ミングで良好に受信信号を復調できるようになり、受信
特性を効果的に向上させることができるようになる。
【0058】この場合、受信信号の信号強度を検出する
信号強度検出を行い、位相判定と信号強度検出に基づい
て、受信信号に同期したタイミングを検出するようにし
たことで、より正確に同期タイミングの検出が行え、よ
り良好な復調ができるようになる。
【0059】また、復調された複数の系列の信号をレー
ク合成するようにし、位相判定については、このレーク
合成が行われる前の、それぞれの系列の受信信号から判
定するようにしたことで、レーク合成される前の各系列
の信号の同期タイミングの検出が良好に行えるようにな
る。
【0060】さらに、同期判定を行う際に、同期タイミ
ングが所定の状態で検出できない系列については、レー
ク合成しないようにしたことで、例えば受信状態が劣悪
な系列については受信データに含まれなくなり、そのと
きのマルチパスフェージングの状況にかかわらず最適な
受信処理が行え、伝送品質の劣化を補償して受信特性を
効果的に向上させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態によるデジタル携帯電話
システムの構成例を示す説明図である。
【図2】本発明の一実施の形態による基地局の構成例を
示すブロック図である。
【図3】本発明の一実施の形態による伝送信号のスロッ
トフォーマットの例を示す説明図である。
【図4】本発明の一実施の形態による端末局(携帯電話
機)の構成例を示すブロック図である。
【図5】図4の端末局内の同期判定回路の構成例を示す
ブロック図である。
【図6】本発明の一実施の形態による位相判定回路で判
定される位相の例を示す説明図である。
【図7】本発明の一実施の形態による同期判定処理例を
示すフローチャートである。
【符号の説明】
1…デジタル携帯電話システム、2…基地局、3…携帯
電話機、4,5…建物、30…受信処理部、31…アン
テナ、32…RF部、33…アナログ/デジタル変換回
路、34…サーチャ回路、35,37,39…逆拡散処
理回路、36,38,40…復調回路、41,42,4
3…同期判定回路、44…レーク合成器、45…スロッ
ト連結処理部、46…デインターリーブ及びビタビデコ
ーダ、50…受信処理制御部、60…信号強度演算回
路、61…基準位相演算回路、62,63…位相判定回
路、64…位相誤差判定回路、65…判定回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04L 27/22 H04L 27/22 C Fターム(参考) 5K004 AA05 FA05 FB01 FH08 5K022 EE02 EE13 EE32 EE36 5K046 AA05 BB05 CC28 EE56 5K047 AA02 AA03 BB01 GG34 HH15 HH31 MM12 5K067 AA02 BB04 CC10 DD25 DD44 EE02 EE10 GG11

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パイロットシンボルが伝送データに付加
    されて無線伝送された信号を受信する受信方法におい
    て、 受信信号からパイロットシンボルの位相を判定する位相
    判定ステップと、 上記位相判定ステップで得た位相に基づいて、上記受信
    信号の同期タイミングを判定する同期判定ステップと、 上記同期判定ステップで得た同期タイミングを基準とし
    て受信信号を復調する受信処理ステップとを具えること
    を特徴とする受信方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の受信方法において、 受信信号の信号強度を検出する信号強度検出ステップを
    更に具え、 上記同期判定ステップで、上記位相判定ステップで得た
    位相と、上記信号強度検出ステップで得た信号強度に基
    づいて、上記受信信号に同期したタイミングを検出する
    ようにした受信方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の受信方法において、 上記受信処理ステップで得た複数の系列の信号をレーク
    合成するレーク合成ステップを具え、 上記位相判定ステップでの位相判定は、上記レーク合成
    ステップでレーク合成される前の、それぞれの系列の受
    信信号から判定するようにした受信方法。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の受信方法において、 上記同期判定ステップで同期タイミングが所定の状態で
    検出できない系列については、上記レーク合成ステップ
    で、合成しないようにした受信方法。
  5. 【請求項5】 パイロットシンボルが伝送データに付加
    されて無線伝送された信号を受信する受信装置におい
    て、 受信信号からパイロットシンボルの位相を判定する位相
    判定手段と、 上記位相判定手段で得た位相に基づいて、上記受信信号
    の同期タイミングを判定する同期判定手段と、 上記同期判定手段で得た同期タイミングを基準として受
    信信号を復調する受信処理手段とを具えることを特徴と
    する受信装置。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の受信装置において、 受信信号の信号強度を検出する信号強度検出手段を更に
    具え、 上記同期判定手段で、上記位相判定手段で得た位相と、
    上記信号強度検出手段で得た信号強度に基づいて、上記
    受信信号に同期したタイミングを検出するようにした受
    信装置。
  7. 【請求項7】 請求項5記載の受信装置において、 上記受信処理手段で得た複数の系列の信号をレーク合成
    するレーク合成手段を具え、 上記位相判定手段での位相判定は、上記レーク合成手段
    でレーク合成される前の、それぞれの系列の受信信号か
    ら判定するようにした受信装置。
  8. 【請求項8】 請求項7記載の受信装置において、 上記同期判定手段で同期タイミングが所定の状態で検出
    できない系列については、上記レーク合成手段で、合成
    しないようにした受信装置。
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