(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各系列が同一周波数帯域でかつ所要の位相に設定された信号を出力する送信信号発生装置、及び各系列が同一周波数帯で入力された信号を所要の位相に設定して出力する受信信号処理装置を格納した屋内ユニットと、
塔上に設置され、各系列が同一周波数帯域でかつ所要の位相に設定された信号を送信し、かつ各系列が同一周波数帯で受信するＮ個（Ｎは２以上の整数）のアンテナからなるアレーアンテナと、
各アンテナを送信と受信に共用するために設けられたＮ個の共用器、各共用器からのアンテナ受信信号を増幅するＮ個の低雑音増幅器及び上記Ｎ個の共用器にアンテナ送信信号を供給するＮ個の電力増幅器とを格納した塔上ユニットと、
上記塔上ユニットに格納され、Ｎ個の低雑音増幅器の出力信号を上記屋内ユニットに格納した受信信号処理装置へ伝送する受信用給電装置と、
上記屋内ユニットに格納され、送信信号発生装置から出力されるＮ系列の送信信号を上記塔上ユニットに格納したＮ個の電力増幅器に伝送する送信用給電装置と、
Ｎ系列の送信信号及び受信信号を互いに中心周波数が異なる周波数多重化信号に変換するための周波数ｆ０の参照信号を生成する周波数参照信号発生装置と、
を具備する無線信号伝送装置であって、
上記送信用給電装置は、
上記送信信号発生装置から出力されるＮ系列の送信信号が入力され、周波数ｎｉｆ０（ｉ＝１，２・・・Ｎ）の局部信号を用いて各送信信号を互いに中心周波数が異なる信号に変換する第１周波数変換器と、
この第１周波数変換器から出力されるＮ系列の出力信号を周波数多重化された１系列の信号に多重化する第１合成器と、
この第１合成器の出力信号を光信号に変換する第１電気−光変換器と、
この第１電気−光変換器が出力する光信号を上記塔上ユニットに伝送する第１光ファイバ線路と、
上記塔上ユニットに設けられ、上記第１光ファイバ線路からの光信号を電気信号に変換する第１光−電気変換器と、
この第１光−電気変換器が出力する出力信号をＮ系列の信号に分配する第１分配器と、  この第１分配器のＮ系列の出力信号の中心周波数を、ｎｉ＋ｍｉが一定をとる周波数ｍｉｆ０の局部信号を用いて同一の周波数の信号に周波数変換し、その周波数変換したＮ系列の各信号を上記Ｎ個の電力増幅器に出力する第２周波数変換器とを備え、
上記受信用給電装置は、
上記Ｎ個の低雑音増幅器の出力側に接続され、各低雑音増幅器が出力する受信信号の中心周波数を、周波数ｍｉｆ０の局部信号を用いて互いに異なる周波数に変換する第３周波数変換器と、
この第３周波数変換器が出力する互いに中心周波数を異にするＮ系列の出力信号を１系列の周波数多重化信号に多重化する第２合成器と、
この第２合成器の出力信号を光信号に変換する第２電気−光変換器と、
この電気−光変換器が出力する光信号を上記屋内ユニットに伝送する第２光ファイバ線路と、
上記屋内ユニットに設けられ、上記第２光ファイバ線路からの光信号を電気信号に変換する第２光−電気変換器と、
この第２光−電気変換器の出力信号をＮ系列の信号に分配する第２分配器と、
この第２分配器が出力するＮ系列の出力信号の中心周波数を、周波数ｎｉｆ０の局部信号を用いて同一の周波数に変換し、これらＮ系列の信号を上記受信信号処理装置へ出力する第４周波数変換器とを備え、
上記第１、第２、第３、及び第４周波数変換器は、
それぞれがＮ個の入力端子とＮ個の出力端子を具備し、各入力端子からの入力信号に対し、その入力信号が供給されるＮ個の第１フィルタと、
上記周波数参照信号発生装置から出力される上記周波数ｆ０の参照信号を参照し、周波数ｎｉｆ０又はｍｉｆ０で発振するＮ個の局部発振器と、
これら第１フィルタの出力信号と上記局部発振器の出力局部信号を入力し、これらを周波数混合するＮ個のミキサと、
このミキサの出力信号をろ波し、このろ波した信号を周波数変換器の出力信号として出力するＮ個の第２フィルタとによって構成されるＮ個の周波数変換回路によって構成し、
上記周波数参照信号発生装置は、
周波数ｆ０の参照信号源とされる周波数参照信号発生器と、
この周波数参照信号発生器からの周波数ｆ0の出力信号を２Ｎ＋１分岐に分配し、その中の２Ｎ個の分岐出力をＮ個ずつ、上記第１周波数変換器と、第４周波数変換器のそれぞれのＮ個の局部発振器へ周波数参照信号として出力する第３分配器と、
この第３分配器の残りの一つの分岐出力を光信号に変換する第３電気−光変換器と、
この第３電気−光変換器が出力する光信号を上記塔上ユニットへ伝送する第３光ファイバ線路と、
上記塔上ユニットに設けられ、この第３光ファイバ線路からの光信号を電気信号に変換する第３光−電気変換器と、
この第３光−電気変換器が出力する信号をろ波するフィルタと、
このフィルタからの出力信号を２Ｎ分岐に分配し、各分岐出力をＮ個ずつ上記第２周波数変換器と、第３周波数変換器のそれぞれのＮ個の局部発振器へ周波数参照信号として出力する第４分配器と、
を備えることを特徴とする無線信号伝送装置。
【請求項２】
各系列が同一周波数帯域でかつ所要の位相に設定された信号を出力する送信信号発生装置、及び各系列が同一周波数帯で入力された信号を所要の位相に設定して出力する受信信号処理装置を格納した屋内ユニットと、
塔上に設置され、各系列が同一周波数帯域でかつ所要の位相に設定された信号を送信し、かつ各系列が同一周波数帯で受信するＮ個（Ｎは２以上の整数）のアンテナからなるアレーアンテナと、
各アンテナを送信と受信に共用するために設けられたＮ個の共用器、各共用器からのアンテナ受信信号を増幅するＮ個の低雑音増幅器及び上記Ｎ個の共用器にアンテナ送信信号を供給するＮ個の電力増幅器とを格納した塔上ユニットと、
上記塔上ユニットに格納され、Ｎ個の低雑音増幅器の出力信号を上記屋内ユニットに格納した受信信号処理装置へ伝送する受信用給電装置と、
上記屋内ユニットに格納され、送信信号発生装置から出力されるＮ系列の送信信号を上記塔上ユニットに格納したＮ個の電力増幅器に伝送する送信用給電装置と、
Ｎ系列の送信信号及び受信信号を互いに中心周波数が異なる周波数多重化信号に変換するための周波数ｆ０の参照信号を生成する周波数参照信号発生装置と、
を具備する無線信号伝送装置であって、
上記送信用給電装置は、
上記送信信号発生装置から出力されるＮ系列の送信信号が入力され、周波数ｎｉｆ０（ｉ＝１，２・・・Ｎ）の局部信号を用いて各送信信号を互いに中心周波数が異なる信号に変換する第１周波数変換器と、
この第１周波数変換器が出力するＮ系列の出力信号を周波数多重化された１系列の信号に合成する第１合成器と、
この第１合成器の出力信号を第１光波長の光信号に変換する第１電気−光変換器と、
それぞれが第１、第２、及び第３光波長に対応した３つの合波及び分波ポートと１つの共通ポートとを備え、第１光波長と対応する合波及び分波ポートが上記第１電気−光変換器の出力に接続される第１光合波及び分波器と、
この第１光合波及び分波器の共通ポートに一端が接続される光ファイバ線路と、
上記第１光合波及び分波器と同様構成であり、その共通ポートが上記光ファイバ線路の他端に接続される第２光合波及び分波器と、
この第２光合波及び分波器の第１光波長に対応した合波及び分波ポートに接続され、そこからの光信号を電気信号に変換する第１光−電気変換器と、
この第１光−電気変換器の出力信号をＮ系列の信号に分配する第１分配器と、
この第１分配器のＮ系列の出力信号の周波数帯域の中心周波数を、ｎｉ＋ｍｉが一定をとる周波数ｍｉｆ０の局部信号を用いて同一の周波数に変換し、その周波数変換したＮ系列の各信号を上記Ｎ個の電力増幅器へ出力する第２周波数変換器とを備え、
上記受信用給電装置は、
上記Ｎ個の低雑音増幅器の出力側に接続され、受け取ったＮ系列の受信信号の周波数帯域の中心周波数を、周波数ｍｉｆ０の局部信号を用いて互いに異なる周波数に変換する第３周波数変換器と、
この第３周波数変換器が出力するＮ系列の出力信号を１系列の周波数多重化された信号に変換する第２合成器と、
この第２合成器の出力信号を第２光波長の光信号に変換し、この光信号を第２光合波及び分波器の第２光波長に対応した合波及び分波ポートに接続する第２電気−光変換器と、
上記第１光合波及び分波器の第２光波長に対応した合波及び分波ポートに接続され、この第１光合波及び分波器からの光信号を電気信号に変換する第２光−電気変換器と、
この第２光−電気変換器の出力信号をＮ系列の信号に分配する第２分配器と、
この第２分配器のＮ系列の出力信号の周波数帯域の中心周波数を、周波数ｎｉｆ０の局部信号を用いて同一の周波数に変換し、これを上記受信信号処理装置へ出力する第４周波数変換器とを備え、
上記第１、第２、第３、及び第４周波数変換器は、
それぞれがＮ個の入力端子とＮ個の出力端子を持ち、各入力端子からの入力信号に対し、その入力信号が供給されるＮ個の第１フィルタと、
外部からの周波数ｆ０の参照信号を参照し、周波数ｎｉｆ０又はｍｉｆ０で発振するＮ個の局部発振器と、
上記第１フィルタの出力信号と、上記局部発振器の出力局部信号を入力し、これらを周波数混合するＮ個のミキサと、
このミキサの出力信号をろ波し、これを周波数変換器の出力信号として出力するＮ個の第２フィルタとを具備した周波数変換回路をＮ個備え、
上記周波数参照信号発生装置は、
周波数ｆ０の参照信号源とされる周波数参照信号発生器と、
この周波数参照信号発生器の出力信号を２Ｎ＋１分岐に分配し、そのうちの２Ｎ個の分岐出力端子をＮ個ずつ、上記第１周波数変換器と第４周波数変換器のそれぞれのＮ個の局部発振器の周波数参照信号入力端子へ入力する第３分配器と、
この第３分配器の残りの一つの分岐出力端子を第３光波長の光信号に変換し、この光信号を上記送信用給電装置の第１光合波及び分波器の第３光波長に対応した合波及び分波ポートに入力する第３電気−光変換器と、
上記送信用給電装置の第２光合波及び分波器の第３光波長に対応した合波及び分波ポートに接続され、この第２光合波及び分波器からの光信号を電気信号に変換する第３光−電気変換器と、
この第３光−電気変換器の出力信号をろ波するフィルタと、
このフィルタからの出力信号を２Ｎ分岐に分配し、各分岐出力をＮ個ずつ上記第２周波数変換器と第３周波数変換器のそれぞれのＮ個の局部発振器の周波数参照信号入力端子へ入力する第４分配器とを備えることを特徴とする無線信号伝送装置。
【請求項３】
各系列が同一周波数帯域でかつ所要の位相に設定された信号を出力する送信信号発生装置、及び各系列が同一周波数帯で入力された信号を所要の位相に設定して出力する受信信号処理装置を格納した屋内ユニットと、
塔上に設置され、各系列が同一周波数帯域でかつ所要の位相に設定された信号を送信し、かつ各系列が同一周波数帯で受信するＮ個（Ｎは２以上の整数）のアンテナからなるアレーアンテナと、
各アンテナを送信と受信に共用するために設けられたＮ個の共用器、各共用器からのアンテナ受信信号を増幅するＮ個の低雑音増幅器及び上記Ｎ個の共用器にアンテナ送信信号を供給するＮ個の電力増幅器とを格納した塔上ユニットと、
上記塔上ユニットに格納され、Ｎ個の低雑音増幅器の出力信号を上記屋内ユニットに格納した受信信号処理装置へ伝送する受信用給電装置と、
上記屋内ユニットに格納され、送信信号発生装置から出力されるＮ系列の送信信号を上記塔上ユニットに格納したＮ個の電力増幅器に伝送する送信用給電装置と、
Ｎ系列の送信信号及び受信信号を互いに中心周波数が異なる周波数多重化信号に変換するための周波数ｆ０の参照信号を生成する周波数参照信号発生装置と、
を具備する無線信号伝送装置であって、
上記送信用給電装置は、
上記送信信号発生装置から出力されるＮ系列の送信信号が入力され、周波数ｎｉｆ０（ｉ＝１，２・・・Ｎ）の局部信号を用いて各送信信号を互いに中心周波数が異なる信号に変換する第１周波数変換器と、
Ｎ＋１個の入力端子を持ち、そのうちのＮ個が上記第１周波数変換器のＮ系列の出力端子に接続され、Ｎ＋１個の入力端子からの信号を周波数多重化された１系列の信号に変換する第１合成器と、
この第１合成器の出力信号を光信号に変換する第１電気−光変換器と、
この第１電気−光変換器の出力光信号を上記塔上ユニットへ伝送する第１光ファイバ線路と、
上記塔上ユニットに設置され、この第１光ファイバ線路からの光信号を電気信号に変換する第１光−電気変換器と、
この第１光−電気変換器の出力信号をＮ＋１系列の信号に分配する第１分配器と、
この第１分配器の出力信号のうちのＮ系列の信号を入力し、これらＮ系列の入力信号の周波数帯域の中心周波数を、ｎｉ＋ｍｉが一定となる周波数ｍｉｆ０の局部信号を用いて同一周波数に変換し、変換後のＮ系列の信号を上記Ｎ個の電力増幅器へ出力する第２周波数変換器とを備え、
上記受信用給電装置は、
上記Ｎ個の低雑音増幅器の出力側に接続され、受け取ったＮ系列の受信信号の周波数帯域の中心周波数を、周波数ｍｉｆ０の局部信号を用いて互いに異なる周波数に変換する第３周波数変換器と、
この第３周波数変換器のＮ系列の出力信号を周波数多重化された１系列の信号に合成する第２合成器と、
この第２合成器の出力信号を光信号に変換する第２電気−光変換器と、
その第２電気−光変換器の出力光信号を上記屋内ユニットへ伝送する第２光ファイバ線路と、
この第２光ファイバ線路からの光信号を電気信号に変換する第２光−電気変換器と、
この第２光−電気変換器の出力信号をＮ系列の信号に分配する第２分配器と、
この第２分配器のＮ系列の出力信号の周波数帯域の中心周波数を、周波数がｎｉｆ０の局部信号を用いて同一の周波数に変換し、これを上記受信信号処理装置へ出力する第４周波数変換器とを備え、
上記第１、第２、第３、及び第４周波数変換器は、
それぞれがＮ個の入力端子とＮ個の出力端子を持ち、各入力端子からの入力信号に対し、その入力信号が供給されるＮ個の第１フィルタと、
外部からの周波数参照信号を参照し、周波数ｎｉｆ０又はｍｉｆ０で発振する局部発振器と、
上記第１フィルタの出力信号と上記局部発振器の出力信号を入力し、これらを周波数混合するＮ個のミキサと、
このミキサの出力信号をろ波し、これを周波数変換器の出力として出力するＮ個の第２フィルタとで構成される周波数変換回路をＮ個備え、
上記周波数参照信号発生装置は、
周波数ｆ０の参照信号源とされる周波数参照信号発生器と、
その周波数参照信号発生器の出力信号を２Ｎ＋１分岐に分配し、そのうちの２Ｎ個の分岐出力をＮ個ずつ、上記第１周波数変換器と第４周波数変換器のそれぞれのＮ個の局部発振器の周波数参照信号入力端子へ入力し、残りの１つの分岐出力を上記送信用給電装置の合成器の残りの入力端子に入力する第３分配器と、
入力端子が上記送信用給電装置の分配器の残りの出力端子に接続されるフィルタと、
そのフィルタからの出力信号を２Ｎ分岐に分岐し、その分岐出力をＮ個ずつ上記第２周波数変換器と第３周波数変換器のそれぞれのＮ個の局部発振器の周波数参照信号入力端子へ入力する第２分配器とを備えたことを特徴とする無線信号伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は例えば移動通信用の基地局に利用して好適な無線信号伝送装置に関し、特にアンテナに近接して設置される塔上ユニットと、室内等に設置される室内ユニットとの間に接続されるケーブルの本数及び重量を軽減し、基地局の設置工事の施工性を向上する事を目的とした発明である。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信装置の中で、例えば移動通信用の基地局では、アンテナ及びこのアンテナに近接して配置しなければならない送信用及び受信用増幅器は鉄塔等の高所或いは建物の屋上等の高所に設置され、送信信号発生装置及び受信信号処理装置等を格納したユニットは鉄塔等の下方にある機械室或いは屋内に設置される。
図１３は従来の移動通信用の基地局の構成の一例を示す。図中１１はアンテナ、１０はこのアンテナ１１に近接して配置される送信用及び受信用増幅器、Ｕは屋内等に設置される屋内ユニットを示す。送信用及び受信用増幅器１０は共用器１２と、送信用の電力増幅器１３と、受信用の低雑音増幅器１４とによって構成される。また、屋内ユニットＵには送信信号発生装置１５と受信信号処理装置１６とが格納される。
【０００３】
アンテナ１１で受信した無線信号は共用器１２を介して受信用増幅器を構成する低雑音増幅器１４に導かれる。低雑音増幅器１４の出力信号は、受信用給電装置１８により屋内ユニットＵに送り込まれ受信信号処理装置１６に入力される。一方、送信信号発生装置１５からの送信信号は、送信用給電装置１７により送信用増幅器を構成する電力増幅器１３に伝送され、電力増幅器１３から共用器１２を介してアンテナ１１に送られる。送信用給電装置１７と受信用給電装置１８は従来より同軸ケーブルが用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１３に示した移動通信用の基地局においては、アンテナ１１、送信用及び受信用増幅器１０及び屋内ユニットＵはそれぞれ一つの受信信号及び送信信号を扱っている。これに対し、複数のアンテナを一定の規則でアレー状に配列し、各アンテナで送受信される信号の振幅、位相を各移動局に対して最適に制御することにより通信品質の向上を図る方法がある。
【０００５】
図１４は、その方法を用いて移動通信用の基地局を構成した例を示す。この基地局ではアンテナが複数Ｎ本設けられ、これらＮ本のアンテナのそれぞれに送信用及び受信用増幅器１０−１〜１０−Ｎが接続され、これら複数の送信用及び受信用増幅器１０−１〜１０−Ｎが塔上ユニットＵ１に格納されて高所に設置される。
屋内ユニットＵ２にはＮチャンネル分の信号処理機能を備えた送信信号発生装置１５と受信信号処理装置１６とが設けられ、これら送信信号発生装置１５と塔上ユニットＵ１との間及び受信信号処理装置１６と塔上ユニットＵ１との間のそれぞれにＮ本の同軸ケーブル１７−１〜１７−Ｎ及び１８−１〜１８−Ｎで構成された送信用給電装置１７と受信用給電装置１８とが接続されて基地局が構成される。
【０００６】
各移動局からの無線信号はアンテナ１１−１〜１１−Ｎで受信され、各アンテナ１１−１〜１１−Ｎに接続された共用器１２を経由し低雑音増幅器１４で増幅される。
このＮ個の受信信号はＮ本の受信用給電装置１８−１〜１８−Ｎにより独立して受信信号処理装置１６に伝送される。
受信信号処理装置１６はこれらの受信信号を、それぞれの振幅、位相情報を利用した演算を施すことにより、個々の移動局に対応した複数の受信情報に分離する。また、個々の移動局に向けられる送信情報は、送信信号発生装置１５により各アンテナに対応したＮ個の送信信号に変換された後、それぞれが送信用給電装置１７−１〜１７−Ｎと、各アンテナ１１−１〜１１−Ｎに接続された電力増幅器１３、及び共用器１２を経由してアンテナ１１−１〜１１−Ｎにより送信される。
【０００７】
この場合、アンテナ数をＮとすれば、送信用給電装置１７及び受信用給電装置１８を構成する同軸ケーブルは合わせて２Ｎ本が必要になる。一方、無線信号の周波数は数百ＭＨｚ以上あるため、伝送損失を抑えるために太径の同軸ケーブルを使用しなければならない。数百ＭＨｚ以上の周波数帯において１本の同軸ケーブルの仕上がり外径は通常数センチ以上になる。このため、アンテナ等が設置される塔上ユニットＵ１から機械室や屋内に設置した屋内ユニットＵ２へ大量の同軸ケーブルを施設すると、同軸ケーブルの重量、占有スペースの増大により施工性が大幅に低下する。また、同軸ケーブルの伝送損失がケーブルの長さに比例するため、長距離の伝送が困難である。
【０００８】
この発明の目的は、大量の同軸ケーブルの敷設が必要な点を解決し、アレーアンテナを用いるときの基地局の施工性を向上することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１で提案する無線信号伝送装置は、送信信号発生装置及び受信信号処理装置を格納した屋内ユニットと、
塔上に設置されたＮ個（Ｎは２以上の整数）のアンテナと、
各アンテナを送信と受信に共用するために設けられたＮ個の共用器、各共用器からの受信信号を増幅するＮ個の低雑音増幅器及びＮ個の共用器に送信信号を供給するＮ個の電力増幅器とを格納した塔上ユニットと、
この塔上ユニットに格納されたＮ個の共用器に接続されたＮ個のアンテナと、塔上ユニットに格納したＮ個の低雑音増幅器の出力信号を屋内ユニットに格納した受信信号処理装置へ伝送する受信用給電装置と、
屋内ユニットに格納された送信信号発生装置から出力されるＮ系列の送信信号を塔上ユニットに格納したＮ個の電力増幅器に伝送する送信用給電装置と、
Ｎ系列の送信信号及び受信信号を互いに中心周波数が異なる周波数多重化信号に変換するための周波数参照信号を生成する周波数参照信号発生装置と、
を具備して構成される無線信号伝送装置において、
送信用給電装置は、
送信信号発生装置から出力されるＮ系列の送信信号が入力され、各送信信号を互いに中心周波数が異なる信号に変換する第１周波数変換器と、
この第１周波数変換器から出力されるＮ系列の出力信号を周波数多重化された１系列の信号に多重化する合成器と、
この合成器の出力信号を光信号に変換する電気−光変換器と、
この電気−光変換器が出力する光信号を塔上ユニットに伝送する光ファイバ線路と、
塔上ユニットに設けられ、光ファイバ線路からの光信号を電気信号に変換する光−電気変換器と、
この光−電気変換器が出力する出力信号をＮ系列の信号に分配する分配器と、この分配器のＮ系列の出力信号の中心周波数を同一の周波数の信号に周波数変換し、その周波数変換したＮ系列の各信号をＮ個の電力増幅器に出力する第２周波数変換器とによって構成し、
受信用給電装置は、
Ｎ個の低雑音増幅器の出力側に接続され、各低雑音増幅器が出力する受信信号の中心周波数を互いに異なる周波数に変換する第３周波数変換器と、
この第３周波数変換器が出力する互いに中心周波数を異にするＮ系列の出力信号を１系列の周波数多重化信号に多重化する合成器と、
この合成器の出力信号を光信号に変換する電気−光変換器と、
この電気−光変換器が出力する光信号を屋内ユニットに伝送する光ファイバ線路と、
屋内ユニットに設けられ、光ファイバ線路からの光信号を電気信号に変換する光−電気変換器と、
この光−電気変換器の出力信号をＮ系列の信号に分配する分配器と、
この分配器が出力するＮ系列の出力信号の中心周波数を同一の周波数に変換する第４周波数変換器と、
この第４周波数変換器が出力するＮ系列の信号が入力されて受信処理する受信信号処理装置とによって構成し、
上記第１、第２、第３、及び第４周波数変換器は、
それぞれがＮ個の入力端子とＮ個の出力端子を持ち、各入力端子からの入力信号に対し、その入力信号が供給される第１フィルタと、
周波数参照信号発生装置から出力される参照信号を参照し、設定された周波数で発振するＮ個の局部発振器と、
これら第１フィルタの出力信号と局部発振器の出力信号を入力し、これらを周波数混合するＮ個のミキサと、
このミキサの出力信号をろ波し、このろ波した信号を周波数変換器の出力信号として出力する第２フィルタとによって構成されるＮ個の周波数変換回路とによって構成し、
周波数参照信号発生装置は、
周波数参照信号源とされる周波数参照信号発生器と、
この周波数参照信号発生器の出力信号を２Ｎ＋１分岐に分配し、その中の２Ｎ個の分岐出力をＮ個ずつ、第１周波数変換器と、第４周波数変換器のそれぞれのＮ個の局部発振器へ周波数参照信号として出力する第１分配器と、
この第１分配器の残りの一つの分岐出力を光信号に変換する電気−光変換器と、
この電気−光変換器が出力する光信号を塔上ユニットへ伝送する光ファイバ線路と、
塔上ユニットに設けられ、この光ファイバ線路からの光信号を電気信号に変換する光−電気変換器と、
この光−電気変換器が出力する信号をろ波するフィルタと、
このフィルタからの出力信号を２Ｎ分岐に分配し、各分岐出力をＮ個ずつ第２周波数変換器と、第３周波数変換器のそれぞれのＮ個の局部発振器へ周波数参照信号として出力する第２分配器とによって構成される。
【００１０】
この発明の請求項１で提案する無線信号伝送装置は送信用給電装置と、受信用給電装置と、周波数参照信号発生装置を３本の光ファイバ線路で構成した点を請求したが、請求項２で提案する無線信号伝送装置は送信用給電装置と、受信用給電装置と、周波数参照信号発生装置を１本の光ファイバ線路で共用する構成を請求するものである。
請求項３で提案する無線信号伝送装置は送信用給電装置と参照信号発生装置を１本の光ファイバ線路によって構成し、受信用給電装置を１本の光ファイバ線路によって構成した点を請求するものである。
【００１１】
【作用】
この発明の請求項１で提案した無線信号伝送装置によれば、塔上ユニットと屋内ユニットの間を接続する送信用給電装置と、受信用給電装置及び参照信号用給電装置の全てを光ファイバ線路で構成されたから、光ファイバ線路は周知のように軽量であり、また直径も細いので施工性を向上することができる。
また、送信信号及び受信信号を周波数多重化し、１本の光ファイバ線路に多チャンネルの送信信号及び受信信号を伝送したから、光ファイバ線路の本数を少なくできる。この点で更に施工性の向上が期待できる。
【００１２】
この発明の請求項２及び３で提案する無線信号伝送装置によれば請求項１で提案する無線信号伝送装置と比較して光ファイバ線路の本数を更に少なくすることができる。従って、請求項１で提案する無線信号伝送装置と比較して更に一層施工性を向上できる利点が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１及び図２にこの発明の請求項１で提案する無線信号伝送装置の実施例を示す。図１は塔上ユニットＵ１の実施例を示し、図２は屋内ユニットＵ２の実施例を示す。
図２に示す送信信号発生装置１５は、Ｎ個のアンテナに対応したＮ系列の送信信号１０１を生成する。送信信号１０１の各系列は振幅及び位相がそれぞれ所要の値に設定されているが、それらの周波数帯域は同様である。図３に送信信号１０１の周波数帯域を示す。各系列の信号の中心周波数はｆTで、帯域幅はＢである。この送信信号１０１は送信用給電装置１７によりアンテナ側へ伝送される。
【００１４】
送信用給電装置１７は、第１周波数変換器２０、合成器２１、電気−光変換器２２、光ファイバ線路２３、光−電気変換器２４、分配器２５、第２周波数変換器２６とによって構成される。
送信信号１０１はまず送信用給電装置１７の第１周波数変換器２０に入力される。第１周波数変換器２０は、入力されたＮ系列の信号に対し系列ごとに周波数帯域の周波数変換を行い、ｉ番目（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）の系列において、信号の中心周波数をｆTからｆiに変換する。
【００１５】
図４に第１周波数変換器２０のＮ系列の出力信号の周波数帯域を示す。図４Ａ、Ｂ・・・Ｎは各系列１，２，・・・，Ｎの周波数帯域を示す。各周波数帯域の中心周波数ｆ1，ｆ2・・・ｆNを、例えばｆ1＜ｆ2＜・・・＜ｆNとしても一般性を失うことがない。このような周波数変換を実現するために、第１周波数変換器２０は各系列の入力信号に対し、第１フィルタ４１、局部発振器４２、ミキサ４３、及び第２フィルタ４４からなる周波数変換回路を用いて周波数変換を行う。各系列において、中心周波数がｆT、通過帯域幅がＢである第１フィルタ４１は入力信号の帯域外周波成分及び雑音を除去する。ミキサ４３は第１フィルタ４１の出力信号と局部発振器４２からの局部発振信号を混合する。これによってミキサ４３の出力信号に中心周波数がｆiにシフトされた信号成分が含まれる。中心周波数がｆi、通過帯域幅がＢなる第２フィルタ４４は、ｆiにある信号成分だけを取り出し第１周波数変換器２０の出力信号として出力する。局部発振器４２の局部発振周波数をｆLl-iとすれば、これは次のように設定される。
【００１６】
ｆLl-i＝｜ｆT±ｆi｜  （ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）
第１周波数変換器２０から出力されたＮ系列の信号は合成器２１により合成される。図５にこの合成信号のスペクトルの様子を示す。合成信号は周波数軸上でｆi（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）を中心周波数としたＮ個の成分を有し、周波数多重化信号とされる。この合成信号は電気−光変換器２２により光信号に変換され、光ファイバ線路２３により塔上ユニットＵ１に伝送される。
【００１７】
塔上ユニットＵ１には光−電気変換器２４が設けられ、この光−電気変換器２４により再び電気信号に変換される。
この電気信号は分配器２５により再びＮ系列に分配され、第２周波数変換器２６に入力される。このＮ系列の信号は周波数多重化されており、それらの周波数成分は図５と同様である。
第２周波数変換器２６は各系列の入力信号に対し、第１フィルタ４５、局部発振器４６、ミキサ４７、第２フィルタ４８からなる周波数変換回路を用いて周波数帯域の周波数変換を行う。各系列において、中心周波数が互いに異なるｆi、通過帯域幅がＢなる第１フィルタ４５は入力信号の帯域外成分及び帯域外雑音を除去する。ミキサ４７は、第１フィルタ４５の出力信号と局部発振器４６からの局部発信信号を混合する。これによってミキサ４７の出力信号にｆTXなる中心周波数にシフトされた信号成分が含まれる。中心周波数がｆTX、通過帯域幅がＢなる第２フィルタ４８はｆTXにある信号成分だけを取り出し第２周波数変換器２６の出力信号として出力する。局部発振器４６の局部発振周波数をｆL2-iとすれば、これは次のように設定される。
【００１８】
ｆL2-i＝｜ｆTX±ｆi｜  （ｉ＝１，２，・・・Ｎ）
送信用給電装置１７のＮ系列の出力信号１０２の周波数帯域は図６に示すようになる。出力信号１０２の各系列の信号は、各系列に対応した電力増幅器１３により増幅され、共用器１２を介して各アンテナ１１−１〜１１−Ｎに送られる。
一方、各移動局からの上り電波信号はアンテナ１１−１〜１１−Ｎにより受信され、それぞれのアンテナ１１−１〜１１−Ｎに接続された共用器１２を介して低雑音増幅器１４により増幅され、Ｎ系列の受信信号１０３が得られる。
【００１９】
受信信号１０３の各系列の信号の周波数帯域は同様であり、中心周波数は互いに同一周波数であるｆRXで、帯域幅がＢである。受信信号１０３は受信用給電装置１８により屋内ユニットＵ２側へ伝送される。
受信用給電装置１８は、第３周波数変換器２７、合成器２８、電気−光変換器２９、光ファイバ線路３０、光−電気変換器３１，分配器３２、第４周波数変換器３３とによって構成される。
【００２０】
送信用給電装置１７と比べて動作する周波数が異なるが、信号伝送の仕組みは送信用給電装置１７と同様である。第３周波数変換器２７は中心周波数が互いに等しいｆRXであるＮ系列の入力信号を、各系列において互いに中心周波数が異なるｆi（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）に変換して出力する。第４周波数変換器３３は、各系列において、入力信号の各中心周波数ｆiにある成分を取り出し、それを互いに等しい中心周波数ｆRに変換して出力する。第３周波数変換器の各系列に対応した各局部発振器の局部発信信号の周波数をｆL3-iとし、第４周波数変換器の各系列に対応した局部発振器の局部発信信号の周波数をｆL4-iとすれば、これらは次のように設定される。
【００２１】
ｆL3-i＝｜ｆRX±ｆi｜    （ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）
ｆL4-i＝｜ｆR±ｆi ｜    （ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）
第４周波数変換器３３の出力信号は受信用給電装置１８の受信信号１０４となり、受信信号処理装置１６に伝送される。
ここで、図７を用いて各周波数変換器２０、２６、２７、３３における局部発振器の構成例を説明する。図７は一つの周波数変換器の中のＮ個の局部発振器４２又は４６を示す。各局部発振器は位相固定ループ（ＰＬＬ−ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋｅｄ  ｌｏｏｐ）を用いた周波数シンセサイザーで構成した場合を示す。ＰＬＬは周知のように電圧制御発振器２００と、分周器２０１と、位相比較器２０２と、ループフィルタ２０３とで構成される。
【００２２】
電圧制御発振器２００の出力信号（正弦波）の一部が分周器２０１により分周される。系列ｉに対応する局部発振器において分周器の分周率をｎi（ｎiは整数であり、ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）とする。位相比較器２０２は分周された信号と外部から入力される周波数参照信号との位相のずれを比較し、その誤差量に応じた電圧信号を出力する。この電圧信号はローパスフィルタであるループフィルタ２０３でろ波された後に電圧制御発振器２００に入力される。
【００２３】
電圧制御発振器２００は、掛けられた制御電圧の大きさによって発振周波数が変化する。その結果、最終的に分周器２０１の出力信号の位相と参照信号の位相とのずれがほとんどなくなり、位相比較器２０２の出力電圧は０ボルトになる。このとき、周波数参照信号の周波数をｆ0とすれば、電圧制御発振器２００の出力信号の周波数はｎiｆ0となる。ｎiを各局部発振器毎に異なる値に設定することにより、各局部発振器の発振周波数を異ならせることができる。
【００２４】
一方、周波数参照信号発生装置１９により各局部発振器への周波数参照信号が供給される。周波数参照信号発生装置１９は、周波数参照信号発生器３４、第１分配器３５、電気−光変換器３６，光ファイバ３７、光−電気変換器３８、フィルタ３９、第２分配器４０とによって構成される。
周波数参照信号発生器３４は屋内ユニットＵ１に格納され、第１周波数変換器２０又は第４周波数変換器３３の近くに設置される。この周波数参照信号発生器３４で発生した周波数参照信号が第１分配器３５により２Ｎ＋１個の出力に分配されて、その内Ｎ個ずつ第１周波数変換器２０及び第３周波数変換器３３の各局部発振器４２へ出力される。残りの一つは電気−光変換器３６により光信号に変換され、光ファイバ線路３７によりアンテナ等が設置される塔上ユニットＵ１へ伝送される。
【００２５】
伝送された光信号は光−電気変換器３８により再び電気信号に変換される。この信号はフィルタ３９により信号帯域外雑音を除去された後、第２分配器４０により２Ｎ個の出力に分配され、第２周波数変換器２６及び第３周波数変換器２７の各局部発振器へ出力される。周波数参照信号は、通常数ＭＨｚから数十ＭＨｚで、出力の局部発信信号の周波数は通常数百ＭＨｚから数ＧＨｚであり、また局部発信信号の周波数は周波数参照信号の周波数の整数倍である。
【００２６】
送信用給電装置１７の出力信号１０２及び受信用給電装置１８の受信信号１０４の各系列の相対位相関係が元の出力信号１０２及び受信信号１０３の相対位相関係に保存されなければ、アレーアンテナが機能することができない。相対位相関係のずれの発生は各周波数変換器２０，２６，２７，３３の各局部発振器の位相のばらつきに起因する。相対位相関係を保存できるようにするために、前記のように送信用給電装置１７及び受信用給電装置１８の各周波数変換器２０，２６，２７，３３の各局部発振器として位相固定ループを用いた周波数シンセサイザーを使用し、かつそれらの周波数参照信号として全て同一の周波数参照信号を参照させることにした。こうした場合の信号伝送の位相関係について、送信用給電装置１７において、送信信号１０１の任意２系列の伝送過程における位相関係を用いて次のように説明する。
【００２７】
ここで、周波数変換の影響のみが注目されるため、送信用給電装置１７の伝送過程を図８に簡略化することができる。図８において、送信用給電装置１７の系列ｉの入力信号の位相を（２πｆTｔ）とし（πは円周率であり、ｔは時間である）、別の系列ｊの入力信号の位相が系列ｉに相対してθだけの位相差があり、（２πｆTｔ＋θ）であるとする。
周波数参照信号発生装置１９から供給された周波数参照信号は全て一つの周波数参照信号発生器３４の信号から分配されたものであるため、全てが同様な位相（２πｆ0ｔ＋φ）である。ここで、ｆ0は周波数参照信号発生器２４の発振周波数であり、φはその周波数参照信号の初期位相である。
【００２８】
第１周波数変換器２０において、系列ｉの局部発振器の周波数はｆ0のｎ1倍で、系列ｊの局部発振器の周波数はｆ0のｎ2倍になっているとすると（即ち、ｆLl-i＝ｎ1ｆ0、ｆL2-i＝ｎ2ｆ0）、それぞれの位相は（２πｎ1ｆ0ｔ＋ｎ1φ）、及び（２πｎ2ｆ0ｔ＋ｎ2φ）となる。
また、第２周波数変換器２６において、系列ｉの局部発振器の周波数はｆ0のｍ1倍で、系列ｊの局部発振器の周波数はｆ0のｍ2倍になっているとすると（即ち、ｆLl-j＝ｍ1ｆ0、ｆL2-j＝ｍ2ｆ0）、それぞれの位相は（２πｍ1ｆ0ｔ＋ｍ1φ）、及び（２πｍ2ｆ0ｔ＋ｍ2φ）となる。従って、各ミキサの周波数混合により、送信用給電装置１７の出力における系列ｉ、系列ｊの位相はそれぞれ、
｛２π［ｆT−（ｎ1＋ｍ1）ｆ0］ｔ−（ｎ1＋ｍ1）φ｝
及び
｛２π［ｆT−（ｎ2＋ｍ2）ｆ0］ｔ−（ｎ2＋ｍ2）φ＋θ｝
となる。一方前述の説明で述べたように、ｆT−（ｎ1＋ｍ1）ｆ0＝ｆT−（ｎ2＋ｍ2）ｆ0＝ｆTXであるため、（ｎ1＋ｍ1）＝（ｎ2＋ｍ2）が成り立つ。その結果、この２系列の出力信号の相対位相差はやはりθとなり、これらの系列の入力における位相差が保たれることになる。以上の説明は２系列について行ったが、Ｎ系列についても同様であることが明らかである。また、受信用給電装置のＮ系列の受信信号の伝送についても同様である。
【００２９】
この無線伝送装置は、光ファイバ線路２３，３０，３７を境界として、アンテナ寄りの全ての装置が塔上ユニットＵ１に格納されて鉄塔等の塔上或いは建物の屋上との高所に設置され、送信信号発生装置或いは受信信号処理装置寄りの全ての装置が全てが屋内ユニットＵ２に格納されて鉄塔の下方にある機械室或いは屋内に設置される。
図９及び図１０にこの発明の請求項２で提案する無線信号伝送装置の実施例を示す。図１及び図２と対応する部分には同一符号を付して示す。
【００３０】
この発明の請求項２で提案する無線信号伝送装置は塔上ユニットＵ１と屋内ユニットＵ２との間を１本の光ファイバ線路２３によって接続し、この１本の光ファイバ線路２３を用いて送信信号と受信信号及び参照信号を、それぞれ周波数多重化した光信号で伝送し、信号の授受を行う構成とした点を特徴とするものである。
屋内ユニットＵ２及び塔上ユニットＵ１に設けられる電気−光変換器２２，３６及び２９は光の波長が互いに異なる第１光波長、第２光波長、第３光波長を持つ光を発光する発光素子で構成した電気−光変換器が用いられる。これと共に屋内ユニットＵ２に第１光合波及び分波器４９をまた、塔上ユニットＵ１に第２光合波及び分波器５０を設け、これら第１光合波及び分波器４９と第２光合波及び分波器５０により、電気−光変換器２２と３６から出力される光信号に変換された送信信号と参照信号を第１光波長信号と第２光波長信号として第１光合波及び分波器４９で合波して塔上ユニットＵ１に伝送し、塔上ユニットＵ１では第２光合波及び分波器５０で第１光波長成分と第２光波長成分を分波して送信信号と参照信号とを分離して取り出す。
【００３１】
一方受信信号は塔上ユニットＵ１側で電気−光変換器２９で光信号に変換され、この光信号を第２光合波及び分波器５０で第３光波長成分として光ファイバ線路２３に合波され、屋内ユニットＵ２に伝送される。
屋内ユニットＵ２では第１光合波及び分波器４９で第３光波長成分として取り出され、光−電気変換器３１で電気信号に変換し、分配器３２を介して第４周波数変換器３３に入力される。
【００３２】
つまり、第１光合波及び分波器４９及び第２光合波及び分波器５０はそれぞれ第１光波長から第３光波長を通すことができるポートＰ１〜Ｐ０を具備する。共通ポートＰ０は光ファイバ線路２３の各一端に接続される。
第１光波長ポートＰ１と、第２光波長ポートＰ２及び第３光波長ポートＰ３はそれぞれ各波長成分のみが通過できるフィルタ特性を有し、電気−光変換器２２と３６で光信号に変換された送信信号と参照信号は第１光波長ポートＰ１と第２光波長ポートＰ２に入力され光の波長多重化信号として光ファイバ線路２３を伝搬する。
【００３３】
塔上ユニットＵ１では第２光合波及び分波器５０は共通ポートＰ０に入力された光の波長多重化信号を、第１光波長ポートＰ１と第２光波長ポートＰ２に取り出し、この取り出した信号を光−電気変換器２４と３８で電気信号に変換し、送信信号は分配器２５を介して第２周波数変換器２６に供給され、参照信号はフィルタ３９を通じて第２分配器４０に供給されて、各局部発信回路の参照信号として供される。
【００３４】
受信信号は塔上ユニットＵ１側に設けた電気−光変換器２９で第３光波長成分を持つ光信号に変換され、この第３光波長信号が第２光波長及び分波器５０の第３光波長ポートＰ３を通じて光ファイバ線路２３に送り出され、屋内ユニットＵ２に伝送される。
図１１及び図１２はこの発明の請求項３で提案する無線信号伝送装置の実施例を示す。この発明の請求項３で提案する無線信号伝送装置は２本の光ファイバ線路２３と３０によって塔上ユニットＵ１と屋内ユニットＵ２との間を接続し、これら２本の光ファイバ線路２３と３０を使って送信信号と周波数参照信号及び受信信号を塔上ユニットＵ１と屋内ユニットＵ２との間で授受する構成とした点を特徴とするものである。
【００３５】
つまり、この実施例では送信用給電装置１７において、合成器２１の入力ポート及び分配器２５の出力ポートがそれぞれＮ＋１個になっている。合成器２１のＮ＋１個の入力ポートの内、Ｎ個が第１周波数変換器２０のＮ個の出力に接続され、分配器２５のＮ＋１個の出力ポートのうち、Ｎ個が第２周波数変換器２６のＮ個の入力端に接続される。
周波数参照信号発生装置１９の第１分配器３５の出力ポートの一つが送信用給電装置１７の合成器２１の残りの一つの入力ポートに接続され、また、送信用給電装置１７の分配器２５の残りの一つの出力ポートが周波数参照信号発生装置１９のフィルタ３９の入力端に接続される。
【００３６】
周波数参照信号の周波数は通常数ＭＨｚから数十ＭＨｚであり、第１周波数変換器２０のＮ系列の出力信号を数百ＭＨｚの周波数帯に設定すれば、合成器２１により、周波数参照信号と第１周波数変換器２０の出力信号を合成することが容易に行える。
従って周波数参照信号発生器３４からの周波数参照信号は、第１分配器３５で２Ｎ＋１に分配された後、送信用給電装置１７の合成器２１，電気−光変換器２２、光ファイバ線路２３、光−電気変換器２４、分配器２５を経由して周波数参照信号発生装置１９のフィルタ３９に伝送される。この信号はフィルタ３９で帯域外成分及び雑音を除去された後、第２分配器４０により分配され、第２周波数変換器２６及び第３周波数変換器２７に送られる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の請求項１で提案した無線信号伝送装置によれば、アレーアンテナを用いた移動通信用基地局において、鉄塔等の塔上或いは建物の屋上等の高所に設置される塔上ユニットＵ１と鉄塔の下方にある機械室或いは屋内に設置される屋内ユニットＵ２との間の信号の伝送は光ファイバを利用した。この結果従来の同軸ケーブルと比べると、給電装置の軽量化、小型化ができ、施工性を改善できる効果がある。また、光信号が光ファイバの中での伝送損は例えば１３００ｎｍや１５５０ｎｍの光波長において非常に小さいため、数百メートルを超える長距離の伝送も実現できる。
【００３８】
また、請求項２の発明によれば、送信信号、受信信号、及び周波数参照信号の伝送を１本の光ファイバ線路を利用することにより、装置が更に簡素化され、経済性、施工性を更に改善できる効果がある。
さらに、請求項３の発明によれば、周波数参照信号の伝送を送信用給電装置を利用して行うことにより、周波数参照信号を経済的な方法で伝送することができる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の請求項１で提案する無線信号伝送装置の塔上ユニットの実施例を説明するためのブロック図。
【図２】この発明の請求項１で提案する無線信号伝送装置の屋内ユニットの実施例を説明するためのブロック図。
【図３】図２に示した送信信号発生装置から出力される送信信号の周波数帯域の一例を示すグラフ。
【図４】図２に示した第１周波数変換器２０から出力される送信信号の周波数帯域の一例を示すグラフ。
【図５】図２に示した合成器２１から出力される送信信号の周波数帯域の一例を示すグラフ。
【図６】図１及び図２に示した送信用給電装置から出力される出力信号の周波数帯域の一例を示すグラフ。
【図７】図１及び図２に示した実施例に用いた局部発振器の一例を説明するためのブロック図。
【図８】この発明による無線信号伝送装置における送信信号と受信信号の相対位相関係の保存を説明するための図。
【図９】この発明の請求項２で提案する無線信号伝送装置の塔上ユニットの実施例を説明するためのブロック図。
【図１０】この発明の請求項２で提案する無線信号伝送装置の屋内ユニットの実施例を説明するためのブロック図。
【図１１】この発明の請求項３で提案する無線信号伝送装置の塔上ユニットの実施例を示すブロック図。
【図１２】この発明の請求項３で提案する無線信号伝送装置の屋内ユニットの実施例を説明するためのブロック図。
【図１３】従来の技術を説明するためのブロック図。
【図１４】従来の技術の他の例を説明するためのブロック図。
【符号の説明】
Ｕ１        塔上ユニット
Ｕ２        屋内ユニット
１０−１〜１０−Ｎ        増幅器
１１−１〜１１−Ｎ        アンテナ
１２        共用器
１３        電力増幅器
１４        低雑音増幅器
１５        送信信号発生装置
１６        受信信号処理装置
１７        送信用給電装置
１８        受信用給電装置
１９        周波数参照信号発生装置
２０        第１周波数変換器
２１、２８        合成器
２２、２９、３６        電気−光変換器
２４、３１、３８        光−電気変換器
２３、３０、３７        光ファイバ線路
２５、３２        分配器
４２、４６        局部発振器
４３、４７        ミキサ
４１、４４、４５、４８        フィルタ
４９        第１光合波及び分波器
５０        第２光合波及び分波器
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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