(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信装置で送信信号を複数のサブスペクトラムに分割して周波数軸上に分散配置し、その一部帯域を除去して送信された信号を受信し、当該信号を振幅自動調整した信号をＡ／Ｄ変換し、周波数軸上に分散配置された前記各サブスペクトラムを抽出し、分散配置前の周波数帯域に戻して帯域合成した信号を復調処理する受信方法において、
前記帯域合成された信号を仮復調するステップ１と、
前記仮復調された信号を再変調することにより送信信号レプリカを生成するステップ２と、
前記ステップ２で生成された送信信号レプリカから前記送信装置で除去された一部帯域のサブスペクトラムを分割してサブスペクトラムレプリカを生成するステップ３と、
前記帯域合成された信号の遷移域を除く平坦部の平均振幅値を測定し、その平均振幅値に合致するように、前記ステップ２で生成された送信信号レプリカの振幅を制御して前記ステップ３の処理に移行するか、または前記ステップ３で生成されたサブスペクトラムレプリカの振幅を制御し、振幅制御されたサブスペクトラムレプリカを生成するステップ４と、
前記帯域合成された信号と前記ステップ４により振幅制御されたサブスペクトラムレプリカを合成してスペクトラム等化処理を行い、得られた信号を復調するステップ５と
を有することを特徴とする受信方法。
【請求項２】
送信装置で送信信号を複数のサブスペクトラムに分割して周波数軸上に分散配置し、その一部帯域を除去して送信された信号を受信し、当該信号を振幅自動調整した信号をＡ／Ｄ変換し、周波数軸上に分散配置された前記各サブスペクトラムを抽出し、分散配置前の周波数帯域に戻して帯域合成した信号を復調処理する受信装置において、
前記帯域合成された信号を仮復調する仮復調手段と、
前記仮復調された信号を再変調することにより送信信号レプリカを生成する送信信号レプリカ生成手段と、
前記送信信号レプリカ生成手段で生成された送信信号レプリカから前記送信装置で除去された一部帯域のサブスペクトラムを分割してサブスペクトラムレプリカを生成するサブスペクトラムレプリカ生成手段と、
前記帯域合成された信号の遷移域を除く平坦部の平均振幅値を測定し、その平均振幅値に合致するように、前記送信信号レプリカ生成手段で生成された送信信号レプリカの振幅を制御して前記サブスペクトラムレプリカ生成手段に入力するか、または前記サブスペクトラムレプリカ生成手段で生成されたサブスペクトラムレプリカの振幅を制御し、振幅制御されたサブスペクトラムレプリカを生成する振幅制御手段と、
前記帯域合成された信号と前記振幅制御手段により振幅制御されたサブスペクトラムレプリカを合成してスペクトラム等化処理を行い、得られた信号を復調する合成・復調手段と
を備えたことを特徴とする受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信装置から変調信号を複数のサブスペクトラムに分割し、さらに空き帯域に分散配置して送信された信号を受信し、その信号から抽出したサブスペクトラムを帯域合成して復調する帯域分散伝送システムにおいて、サブスペクトラムの一部帯域を除去して送信された信号を受信し、復調処理を行う受信装置および受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信や有線通信では、需要増大に伴い周波数帯域の利用効率の向上が求められている。周波数帯域の利用効率の向上を図るために、送信装置から変調信号のスペクトラムを複数のサブスペクトラムに分割し、さらに空き帯域に分散配置して送信し、受信装置で複数のサブスペクトラムを受信して帯域合成し、元の変調信号に復調する帯域分散伝送技術がある。この技術では、周波数軸上に散在する空き帯域を利用することにより、使用されない帯域を減少させることができる。さらに、送信装置において、スペクトラムの一部の帯域を削除することによって、信号の占有帯域幅の合計を削減し、周波数帯域の利用効率を改善できる（非特許文献１，２）。
【０００３】
図２は、従来の送信装置の構成例を示す。
図２において、送信装置は、変調回路５１、送信フィルタバンク５２、Ｄ／Ａ変換器６１を備える。変調回路５１は、送信するデータ信号をＱＰＳＫなどの変調方式で変調し、波形整形した変調信号を送信フィルタバンク５２に入力する。
【０００４】
送信フィルタバンク５２は、直並列変換回路５３、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）回路５４、分割回路５５、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のスイッチ５６−１〜５６−Ｎ、Ｎ個の周波数シフタ５７−１〜５７−Ｎ、加算回路５８、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform：高速逆フーリエ変換）回路５９、並直列変換回路６０を備え、変調信号の帯域をＮ個のサブスペクトラムに分割して送信する構成である。変調信号の帯域を２分割（Ｎ＝２）する例を図４に示す。
【０００５】
送信フィルタバンク５２の直並列変換回路５３は変調信号を直並列変換し、ＦＦＴ回路５４で高速フーリエ変換し、時間領域の信号から周波数領域の信号へ変換する。分割回路５５は、周波数領域に変換された変調信号に対して、図４(a) の破線で示す信号帯域をＮ分割する係数を乗算し、図４(b) に示すＮ個のサブスペクトラム１〜Ｎを生成する。周波数シフタ５７−１〜５７−Ｎは、Ｎ個のサブスペクトラムを周波数軸上の空き帯域に分散配置するための周波数シフト操作を行い、加算回路５８で足し合わせることにより、図４(c) に示すような分散配置されたサブスペクトラムが生成される。この分散配置後のサブスペクトラムは、ＩＦＦＴ回路５９で高速逆フーリエ変換により、周波数領域の信号から時間領域の信号へ変換され、並直列変換回路６０で並直列変換して出力される。さらに、送信フィルタバンク５２の出力信号は、Ｄ／Ａ変換器６１によってアナログ信号に変換して送信される。
【０００６】
このとき、一部削除する帯域については、周波数シフタ５７−１〜５７−Ｎに入力する前に、削除するサブスペクトラムに該当するスイッチ５６−１〜５６−Ｎを開状態（ＯＦＦ）にすることによって信号の伝達を遮断する。これにより、当該帯域には信号成分が配置されないことになり、スペクトラムの一部を除去した状態で送信されるので、送信に要する周波数帯域を削減することができる。
【０００７】
図３は、従来の受信装置の構成例を示す。
図３において、受信装置は、Ａ／Ｄ変換器７１、受信フィルタバンク７２、復調回路８１を備える。受信フィルタバンク７２は、直並列変換回路７３、ＦＦＴ回路７４、抽出回路７５、Ｎ個の周波数シフタ７６−１〜７６−Ｎ、歪補償回路７７、加算回路７８、ＩＦＦＴ回路７９、並直列変換回路８０を備え、帯域をＮ分割された信号を分割前の信号に合成する構成である。帯域が２分割（Ｎ＝２）された信号を合成する例を図５に示す。
【０００８】
受信装置のＡ／Ｄ変換器７１は、受信信号をデジタル信号に変換して受信フィルタバンク７２へ入力する。受信フィルタバンク７２の直並列変換回路７３は受信信号を直並列変換し、ＦＦＴ回路７４で高速フーリエ変換し、時間領域の信号から周波数領域の受信信号へ変換する。抽出回路７５は、周波数領域に変換された受信信号に対して、図５(a) の破線で示すフィルタ係数を乗算し、送信側で周波数シフトされたサブスペクトラム１〜Ｎを抽出する。周波数シフタ７６−１〜７６−Ｎは、図５(b) に示すように、抽出された各サブスペクトラム１〜Ｎを、送信装置で周波数シフトされる前の帯域に戻し、加算回路７８で足し合わせることにより、図５(c) に示す帯域合成された変調信号が生成される。この帯域合成された変調信号は、ＩＦＦＴ回路７９で高速逆フーリエ変換により、周波数領域の信号から時間領域の信号へ変換され、並直列変換回路８０が並直列変換して出力される。復調回路８１は、受信フィルタバンク７２から出力された変調信号を復調し、送信装置から送信されたデータ信号を復元する。
【０００９】
このとき、送信装置においてスペクトラムが除去された帯域については、受信装置において当該帯域の信号が受信されない。そのため、何らかの補償処理が必要となる。たとえば、この帯域には信号成分が無いだけでなく、受信特性の劣化を招く雑音成分が存在する場合がある。そこで、歪補償回路７７は、送信装置において信号が送信された帯域はそのまま受信信号を出力し、送信装置において信号が除去された帯域については“０”を出力とする補償を行う。これにより、送信装置において信号が除去された帯域における雑音成分が除去され、受信特性を改善することが可能となる。
【００１０】
以上のように、送信装置と受信装置との間では、送信信号の占有帯域を分割し、生成された各サブスペクトラムを周波数軸上の任意の場所に分散配置し、かつ一部の帯域を削除して伝送される。そのため、不連続な空き帯域等を有効利用できるとともに、信号の占有帯域幅の合計を削減し、周波数帯域の利用効率を改善できる。
【００１１】
ところで、送信装置において信号が除去された帯域に、受信装置で“０”を入力することによって歪補償を行うと、この帯域の雑音成分は除去されるものの、スペクトラム上ではこの帯域が欠落したスペクトラムとなる。したがって、信号を復調した際の誤り率が高くなるため、これを改善する手法として特許文献１、非特許文献２に示すような手法が考えられている。
【００１２】
この手法は、一部帯域が欠落したスペクトラムを有する帯域合成後の受信信号を仮復調し、得られた受信ビット列を元に、再符号化、再変調して送信信号レプリカを生成する。そして、送信装置と同一の帯域分割フィルタによりサブスペクトラムレプリカに分解し、送信装置において削除したサブスペクトラムに対応するサブスペクトラムレプリカを生成し、帯域合成後の受信信号に加算することでスペクトラム等化を実現し、復調信号の誤り率を改善するものである。
【００１３】
図６は、特許文献１に基づく受信装置の構成例を示す。
図６において、受信装置は、ＡＧＣ回路１１、Ａ／Ｄ変換器１２、第１直並列変換回路１３、第１ＦＦＴ回路１４、抽出回路１５、周波数シフタ１６、振幅位相制御回路１７、加算回路１８、第１ＩＦＦＴ回路１９、第１並直列変換回路２０、第１復調回路２１、第１誤り訂正復号回路２２、送信信号レプリカ生成回路２３、第２直並列変換回路２４、第２ＦＦＴ回路２５、振幅制御回路２６、分割回路２７、受信バッファ２８、合成回路２９、第２ＩＦＦＴ回路３０、第２並直列変換回路３１、第２復調回路３２、第２誤り訂正復号回路３３を備える。
【００１４】
Ａ／Ｄ変換器１２〜第１復調回路２１は、図３に示す従来の受信装置と同様に、送信装置から送信されたデータ信号を復元する処理を行う。なお、周波数シフタ１６および振幅位相制御回路１７はＮ個のサブスペクトラムに対応する構成であるが、ここではその１つを示している。振幅位相制御回路１７は、周波数シフタ１６で周波数シフトしたサブスペクトラムを加算回路１８で合成する前に、隣接するサブスペクトラムの遷移域の位相を検出し、サブスペクトラム間の相対位相差と振幅差を補正する処理を行う。また、図３に示す歪補償回路７７は省略しているが、加算回路１８では送信装置において信号が除去された帯域における雑音成分を除去するために“０”を入力して補償を行う歪補償処理が行われる。
【００１５】
加算回路１８から出力される帯域合成された信号は分岐して受信バッファ２８に蓄積されるとともに、第１ＩＦＦＴ回路１９で時間領域の信号に変換され、さらに第１並直列変換回路２０を介して第１復調回路２１に入力する。第１復調回路２１および第１誤り訂正復号回路２２は仮復調を行い、得られた仮の復号系列を用いて送信信号レプリカ生成回路２３で送信信号レプリカを生成する。送信信号レプリカ生成回路２３は、例えば送信装置と同一パラメータを使用する再符号化回路および再変調回路で構成されるが、他にも、仮復号に軟判定を用いる場合は直接レプリカ信号を生成する軟出力レプリカで代用してもよい。
【００１６】
第２直並列変換回路２４は、送信信号レプリカ生成回路２３によって生成された送信信号レプリカを直並列変換する。第２ＦＦＴ回路２５は、直並列変換された送信信号レプリカを時間領域の信号から周波数領域の信号へ変換し、振幅制御回路２６に入力する。振幅制御回路２６は、制御情報として振幅位相制御回路１７から振幅制御値を入力し、この情報を元に送信信号レプリカの振幅を調整する。振幅が調整された送信信号レプリカは分割回路２５に入力し、送信装置で削除されたサブスペクトラムに対応するサブスペクトラムレプリカのみを分割する。
【００１７】
合成回路２９は、受信バッファ２８に蓄積した帯域合成された信号（受信信号スペクトラム）と、振幅調整されたサブスペクトラムレプリカを周波数領域で加算して第２ＩＦＦＴ回路３０に入力し、スペクトラム等化された受信信号として時間領域の信号に変換した後に第２並直列変換回路３１を介して第２復調回路３２に入力する。第２復調回路３２および第２誤り訂正復号回路３３は、スペクトラム等化された受信信号を復調復号し、受信データを復元する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２０１３−１２６０８８号公報
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】阿部、山下、小林、”高周波数利用効率を実現するスペクトラム編集型帯域分散伝送の提案”、電子情報通信学会技術研究報告、SAT2009-48、2009年12月
【非特許文献２】増野ほか、”スペクトラム抑圧型伝送におけるサブスペクトラムレプリカを用いた波形等化の提案”, 電子情報通信学会総合大会講演論文集2011, B-3-9,p.290 ，2011年２月28日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
図６に示す受信装置の受信信号は、第１復調回路２１の仮復調動作を考慮し、制御後の受信電力が送信時の正規化電力（１などの一定値) 相当となるように、ＡＧＣ回路１１により振幅自動調整（ＡＧＣ： Auto Gain Control）される。ところが、実際の受信信号には、受信装置内部で発生する熱雑音の雑音電力が重畳されるため、ＡＧＣの結果が必ずしも正規化電力に一致しない場合がある。そのような事例は、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio ）が低い場合に散見される。ただし、低ＳＮＲ領域では、変調方式として振幅変調を使用しない（たとえば位相変調を使用する）ため、ＡＧＣの精度が多少悪くても信号点の判定誤りには直接反映されないことから、一般には振幅方向のずれには比較的寛容であることが多い。
【００２１】
しかしながら、ＡＧＣされた受信サブスペクトラムと、当該受信サブスペクトラムから復調、再変調された送信信号レプリカを経て生成されたサブスペクトラムレプリカとの間に振幅差が生じると、合成回路２９において合成する際に適切なスペクトラム等化処理とならないため、振幅変調を使用していない場合であっても誤り率が劣化する問題がある。一方、送信信号レプリカは受信装置内部で生成する送信信号であり、雑音は重畳しないため、送信時の正規化電力に合わせて生成した送信信号レプリカから抽出されたサブスペクトラムレプリカを、ＡＧＣされた受信信号スペクトラムと合成すると、振幅差が生じてしまう。したがって、適切な等化処理を行い誤り率を最小にするためには、この振幅差を補正する必要がある。
【００２２】
特許文献１の受信装置では、振幅位相制御回路１７で振幅制御に用いた振幅制御値を振幅制御回路２６に入力し、送信信号レプリカの振幅を制御し、受信信号スペクトラムとの振幅差を調整していた。
【００２３】
一方、第１復調回路２１に適した振幅制御を行うために、上記のように受信信号が正規化振幅値に合致するように、ＡＧＣ回路１１とともに振幅位相制御回路１７においても振幅調整されることが望まれる。ここで、例えば伝送距離によって受信信号の強度が大きく変動する無線通信を想定すると、Ａ／Ｄ変換器１２の前段のＡＧＣ回路１１で振幅制御が必要になる。しかし、ダイナミックレンジが有限であるＡ／Ｄ変換後の信号に対して、振幅位相制御回路１７で振幅調整を実施すると、量子化誤差や信号飽和などの歪みを生じさせるおそれがある。
【００２４】
本発明は、受信信号スペクトラムとサブスペクトラムレプリカとの間の振幅差を吸収し、スペクトラム等化処理を適切に動作させて誤り率を低減することができる受信装置および受信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
第１の発明は、送信装置で送信信号を複数のサブスペクトラムに分割して周波数軸上に分散配置し、その一部帯域を除去して送信された信号を受信し、当該信号を振幅自動調整した信号をＡ／Ｄ変換し、周波数軸上に分散配置された各サブスペクトラムを抽出し、分散配置前の周波数帯域に戻して帯域合成した信号を復調処理する受信方法において、帯域合成された信号を仮復調するステップ１と、仮復調された信号を再変調することにより送信信号レプリカを生成するステップ２と、ステップ２で生成された送信信号レプリカから送信装置で除去された一部帯域のサブスペクトラムを分割してサブスペクトラムレプリカを生成するステップ３と、帯域合成された信号の遷移域を除く平坦部の平均振幅値を測定し、その平均振幅値に合致するように、ステップ２で生成された送信信号レプリカの振幅を制御してステップ３に移行するか、またはステップ３で生成されたサブスペクトラムレプリカの振幅を制御し、振幅制御されたサブスペクトラムレプリカを生成するステップ４と、帯域合成された信号とステップ４により振幅制御されたサブスペクトラムレプリカを合成してスペクトラム等化処理を行い、得られた信号を復調するステップ５とを有する。
【００２６】
第２の発明は、送信装置で送信信号を複数のサブスペクトラムに分割して周波数軸上に分散配置し、その一部帯域を除去して送信された信号を受信し、当該信号を振幅自動調整した信号をＡ／Ｄ変換し、周波数軸上に分散配置された各サブスペクトラムを抽出し、分散配置前の周波数帯域に戻して帯域合成した信号を復調処理する受信装置において、帯域合成された信号を仮復調する仮復調手段と、仮復調された信号を再変調することにより送信信号レプリカを生成する送信信号レプリカ生成手段と、送信信号レプリカ生成手段で生成された送信信号レプリカから送信装置で除去された一部帯域のサブスペクトラムを分割してサブスペクトラムレプリカを生成するサブスペクトラムレプリカ生成手段と、帯域合成された信号の遷移域を除く平坦部の平均振幅値を測定し、その平均振幅値に合致するように、送信信号レプリカ生成手段で生成された送信信号レプリカの振幅を制御してサブスペクトラムレプリカ生成手段に入力するか、またはサブスペクトラムレプリカ生成手段で生成されたサブスペクトラムレプリカの振幅を制御し、振幅制御されたサブスペクトラムレプリカを生成する振幅制御手段と、帯域合成された信号と振幅制御手段により振幅制御されたサブスペクトラムレプリカを合成してスペクトラム等化処理を行い、得られた信号を復調する合成・復調手段とを備える。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、ＡＧＣ処理およびＡ／Ｄ変換された受信信号に対して、受信信号スペクトラムとサブスペクトラムレプリカとの間の振幅差を吸収し、スペクトラム等化処理を適切に動作させて合成された受信信号を復調するすることにより、誤り率を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の受信装置の実施例構成を示す図である。
【図２】従来の送信装置の構成例を示す図である。
【図３】従来の受信装置の構成例を示す図である。
【図４】送信装置における帯域分割を説明する図である。
【図５】受信装置における帯域合成を説明する図である。
【図６】特許文献１に基づく受信装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、本発明の受信装置の実施例構成を示す。
図１において、本実施例の受信装置は、図６の受信装置と同様に、ＡＧＣ回路１１、Ａ／Ｄ変換器１２、第１直並列変換回路１３、第１ＦＦＴ回路１４、抽出回路１５、周波数シフタ１６、加算回路１８、第１ＩＦＦＴ回路１９、第１並直列変換回路２０、第１復調回路２１、第１誤り訂正復号回路２２、送信信号レプリカ生成回路２３、第２直並列変換回路２４、第２ＦＦＴ回路２５、振幅制御回路２６、分割回路２７、受信バッファ２８、合成回路２９、第２ＩＦＦＴ回路３０、第２並直列変換回路３１、第２復調回路３２、第２誤り訂正復号回路３３を備え、さらに受信バッファ２８の出力をモニタする平坦部平均振幅測定回路４１と、振幅位相制御回路１７に代えてサブスペクトラム間の位相制御のみを行う位相制御回路４２を備える。なお、第１復調回路２１のための振幅調整は、Ａ／Ｄ変換器１２の前置されたＡＧＣ回路１１で行われる。また、本実施例の振幅制御回路２６は、第２ＦＦＴ回路２５と分割回路２７との間に配置した例を示しているが、送信信号レプリカ生成回路２３と合成回路２９との間のいずれにあってもよい。
【００３０】
平坦部平均振幅測定回路４１は、ＡＧＣ回路１１により振幅レベルの調整を受け、加算回路１８で合成されて受信バッファ２８に蓄積された帯域合成された信号について、遷移域を除く平坦部の平均振幅（電力密度）を測定し、その平均振幅値を振幅制御回路２６に通知する。ここで、帯域合成された信号の平均振幅として時間平均をとるため、平均化効果により雑音の影響を軽減することができるが、そのために測定時間を比較的長くとる必要がある。
【００３１】
振幅制御回路２６は、第２ＦＦＴ回路２５から出力される送信信号レプリカの振幅を、平坦部平均振幅測定回路４１から通知される帯域合成された信号の平均振幅値に合致するように振幅制御を行う。分割回路２７は、振幅制御された送信信号レプリカを入力し、送信装置で削除されたサブスペクトラムに対応するサブスペクトラムレプリカのみを分割して出力する。
【００３２】
これにより、合成回路２９は、受信バッファ２８に蓄積された帯域合成された信号と、振幅調整されたサブスペクトラムレプリカを周波数領域でレベル差ゼロで加算し、新たな受信信号として第２ＩＦＦＴ回路３０に入力する。以下、図６に示す受信装置と同様に、新たな受信信号を時間領域の信号に変換した後に第２並直列変換回路３１を介して第２復調回路３２に入力する。第２復調回路３２および第２誤り訂正復号回路３３は、位相同期された新たな受信信号を復調復号し、受信データを復元する。
【符号の説明】
【００３３】
１１  ＡＧＣ回路
１２  Ａ／Ｄ変換器
１３  第１直並列変換回路
１４  第１ＦＦＴ回路
１５  抽出回路
１６  周波数シフタ
１７  振幅位相制御回路
１８  加算回路
１９  第１ＩＦＦＴ回路
２０  第１並直列変換回路
２１  第１復調回路
２２  第１誤り訂正復号回路
２３  送信信号レプリカ生成回路
２４  第２直並列変換回路
２５  第２ＦＦＴ回路
２６  振幅制御回路
２７  分割回路
２８  受信バッファ
２９  合成回路
３０  第２ＩＦＦＴ回路
３１  第２並直列変換回路
３２  第２復調回路
３３  第２誤り訂正復号回路
４１  平坦部平均振幅測定回路
４２  位相制御回路
【要約】
【課題】受信サブスペクトラムとサブスペクトラムレプリカとの間の振幅差を吸収し、誤り率の低下を防ぐ。
【解決手段】送信信号を複数のサブスペクトラムに分割して周波数軸上に分散配置し、その一部帯域を除去して送信された信号を受信して振幅自動調整した信号をＡ／Ｄ変換し、周波数軸上に分散配置された各サブスペクトラムを抽出し、帯域合成した信号を復調処理する受信方法において、帯域合成された信号を仮復調し、再変調して送信信号レプリカを生成し、除去された一部帯域に対応するサブスペクトラムレプリカを生成し、帯域合成された信号の遷移域を除く平坦部の平均振幅値を測定し、その平均振幅値に合致するように、送信信号レプリカまたはサブスペクトラムレプリカの振幅を制御し、帯域合成された信号と振幅制御されたサブスペクトラムレプリカを合成し、得られた信号を復調する。
【選択図】  図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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