(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信装置と、受信装置と、を備えた信号伝送システムにおいて、
前記送信装置は、
伝送路状態を推定するための互いに直交する基準信号を送信する複数の送信アンテナと、
前記複数の基準信号を前記複数の送信アンテナに供給する基準信号供給部と、を有し、
前記受信装置は、
前記複数の送信アンテナから送信された信号を受信する一つの受信アンテナと、
前記受信アンテナでの受信信号に基づいて前記複数の基準信号を検出する信号検出部と、を有し、
前記基準信号供給部は、ピーク電力対平均電力が所定値以下の前記複数の基準信号を前記複数の送信アンテナに供給することを特徴とする信号伝送システム。
【請求項２】
前記送信装置は、マルチキャリア変調信号を送信し、
前記受信装置は、前記マルチキャリア変調信号を受信してマルチキャリア復調を行い、
前記複数の基準信号はそれぞれ、周波数の異なる複数のサブキャリア用の基準信号を含むことを特徴とする請求項１に記載の信号伝送システム。
【請求項３】
前記複数の送信アンテナのそれぞれから送信される同一周波数の前記サブキャリア用の基準信号同士は互いに直交することを特徴とする請求項２に記載の信号伝送システム。
【請求項４】
ある時刻に前記複数の送信アンテナのそれぞれから送信される前記複数のサブキャリア用の基準信号同士は互いに直交することを特徴とする請求項２に記載の信号伝送システム。
【請求項５】
前記基準信号供給部は、同一時刻に前記複数の送信アンテナがそれぞれ異なる周波数の前記サブキャリア用の基準信号を送信するように、前記複数の送信アンテナに前記複数の基準信号を供給することを特徴とする請求項２及至４のいずれかに記載の信号伝送システム。
【請求項６】
前記受信装置は、前記受信アンテナで受信された所定周波数のサブキャリア用の基準信号に基づいて、前記所定周波数に近接する周波数のサブキャリアの基準信号を推定する基準信号推定部を有することを特徴とする請求項２及至５のいずれかに記載の受信装置。
【請求項７】
送信装置と、受信装置と、を備えた信号伝送システムにおいて、
前記送信装置は、
伝送路状態を推定するための互いに直交する基準信号を送信する複数の送信アンテナと、
前記複数の基準信号を前記複数の送信アンテナに供給する基準信号供給部と、を有し、
前記受信装置は、
前記複数の送信アンテナから送信された信号を受信する一つの受信アンテナと、
前記受信アンテナでの受信信号に基づいて前記複数の基準信号を検出する信号検出部と、を有し、
前記基準信号供給部は、同一周波数の基準信号を送信する他の送信装置が周辺に存在するとき、前記他の送信装置が送信する基準信号との相関性を考慮に入れた前記複数の基準信号を前記複数の送信アンテナに供給することを特徴とする信号伝送システム。
【請求項８】
前記送信装置は、マルチキャリア変調信号を送信し、
前記受信装置は、前記マルチキャリア変調信号を受信してマルチキャリア復調を行い、
前記複数の基準信号はそれぞれ、周波数の異なる複数のサブキャリア用の基準信号を含むことを特徴とする請求項７に記載の信号伝送システム。
【請求項９】
前記複数の送信アンテナのそれぞれから送信される同一周波数の前記サブキャリア用の基準信号同士は互いに直交することを特徴とする請求項８に記載の信号伝送システム。
【請求項１０】
ある時刻に前記複数の送信アンテナのそれぞれから送信される前記複数のサブキャリア用の基準信号同士は互いに直交することを特徴とする請求項８に記載の信号伝送システム。
【請求項１１】
前記基準信号供給部は、同一時刻に前記複数の送信アンテナがそれぞれ異なる周波数の前記サブキャリア用の基準信号を送信するように、前記複数の送信アンテナに前記複数の基準信号を供給することを特徴とする請求項８及至１０のいずれかに記載の信号伝送システム。
【請求項１２】
前記受信装置は、前記受信アンテナで受信された所定周波数のサブキャリア用の基準信号に基づいて、前記所定周波数に近接する周波数のサブキャリアの基準信号を推定する基準信号推定部を有することを特徴とする請求項８及至１１のいずれかに記載の受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のアンテナから基準信号を送信して伝送路状態を推定する信号伝送システム、送信装置及び受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、携帯電話や無線ＬＡＮ等の需要は高まっており、無線通信システムの役割は極めて重要である。また、放送分野においてもデジタル化の動きが進んでおり、無線データ伝送システムに対する期待は大きい。
【０００３】
無線データ伝送システムは、携帯性、設置の容易性及びコスト等の点で、有線のデータ伝送システムに比べ著しく有利である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、無線データ伝送システムでは、データ伝送が空間を介して行われるため、通信の最中でも伝送路状態が大きく変化し、また、多重反射電波伝播（マルチパス）の影響により、通信品質が大きく劣化するおそれがある。
【０００５】
伝送路状態を把握するために、情報伝送信号に既知の基準信号を織り交ぜて送信する手法が提案されている。また、マルチパスの影響を緩和する手法の一つにダイバーシチ技術があり、近年では、送受信に複数のアンテナを用いるMIMO技術も注目を集めている。
【０００６】
複数のアンテナから同時に送信される信号を受信し、適切に復調するためには、
各アンテナと受信点の間の伝送路状態を正確に把握する必要があるが、従来の技術では、効率的に基準信号を送信し、正確に伝送路状態を把握するのが困難であった。特に、マルチパス環境下で優れた特性を示す信号伝送システムやOFDMシステムは、非線形電力増幅器等の歪みや周波数オフセットの影響を受けやすく、基準信号の構成には工夫が必要であるにもかかわらず、基準信号を効率的に送受信する手法が提案されていなかった。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、伝送路状態を精度よく検出可能な信号伝送システム、送信装置及び受信装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明は、送信装置と、受信装置と、を備えた信号伝送システムにおいて、前記送信装置は、伝送路状態を推定するための互いに直交する基準信号を送信する複数の送信アンテナと、前記複数の基準信号を前記複数の送信アンテナに供給する基準信号供給部と、を有し、前記受信装置は、前記複数の送信アンテナから送信された信号を受信する一つの受信アンテナと、前記受信アンテナでの受信信号に基づいて前記複数の基準信号を検出する信号検出部と、を有し、前記基準信号供給部は、ピーク電力対平均電力が所定値以下の前記複数の基準信号を前記複数の送信アンテナに供給する
【０００９】
本発明は、互いに直交する基準信号を複数の送信アンテナから送信し、これら基準信号を受信アンテナで受信して検出することにより、送信アンテナから受信アンテナまでの伝送路状態を精度よく推定できる。
【００１０】
また、本発明は、送信装置と、受信装置と、を備えた信号伝送システムにおいて、前記送信装置は、伝送路状態を推定するための互いに直交する基準信号を送信する複数の送信アンテナと、前記複数の基準信号を前記複数の送信アンテナに供給する基準信号供給部と、を有し、前記受信装置は、前記複数の送信アンテナから送信された信号を受信する一つの受信アンテナと、前記受信アンテナでの受信信号に基づいて前記複数の基準信号を検出する信号検出部と、を有し、前記基準信号供給部は、同一周波数の基準信号を送信する他の送信装置が周辺に存在するとき、前記他の送信装置が送信する基準信号との相関性を考慮に入れた前記複数の基準信号を前記複数の送信アンテナに供給する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る信号伝送システム、送信装置及び受信装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１３】
図１は本発明に係る信号伝送システムの一実施形態の概略構成を示すブロック図である。図１の信号伝送システムは、マルチキャリア変調を行う送信装置１と、マルチキャリア復調を行う受信装置２と、を備えている。
【００１４】
送信装置１は、図２に詳細構成を示すように、同一周波数のマルチキャリア変調信号を送信する複数の送信アンテナ３ａ，３ｂと、送信データに対して所定の符号化処理を行う符号化部４と、符号化データを直並列変換して各送信アンテナ３ａ，３ｂごとに分岐する直並列変換部５と、分岐されたデータに基づいてＩチャネル信号とＱチャネル信号を生成するマッピング部６と、Ｉチャネル信号とＱチャネル信号に対してマルチキャリア変調を施すIFFT部７と、マルチキャリア変調信号の波形整形を行う波形整形部８と、波形整形されたマルチキャリア変調信号と後述する基準信号とをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器９と、Ｄ／Ａ変換されたアナログ信号を無線周波数帯の信号に変換するIF＆RF変調部１０と、伝送路状態を推定するための基準信号（より詳しくは、変調後の基準信号）を格納する記憶部１１と、を備えている。
【００１５】
上述した、マッピング部６、IFFT部７、波形整形部８、Ｄ／Ａ変換器９、IF＆RF変調部１０及び記憶部１１は、各送信アンテナ３ａ，３ｂごとに設けられている。
【００１６】
受信装置２は、図３に詳細構成を示すように、送信装置１からのマルチキャリア変調信号を受信する一つの受信アンテナ２１と、受信信号をベースバンド信号に変換するIF＆RF復調部２２と、ベースバンド信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２３と、マルチキャリア復調を行うＦＦＴ部２４と、データ信号と基準信号とを分離する信号分離部２５と、分離されたデータ信号を復号する復号部２６とを備えている。
【００１７】
信号分離部２５は、後述するように、各送信アンテナ３ａ，３ｂから送信される基準信号の直交性を利用して、各送信アンテナ３ａ，３ｂと各受信アンテナ２１との間の伝送路応答をそれぞれ検出する。復号部２６は、信号分離部２５で得られた伝送路応答を用いて、基準信号とともに送信されたマルチキャリア変調信号を復号してデータを得る。
【００１８】
なお、受信装置２が複数の受信アンテナ２１を有する場合は、各受信アンテナ２１ごとに図３の構成が設けられる。
【００１９】
図４は受信装置２内の信号分離部２５の詳細構成を示すブロック図である。信号分離部２５は、図示のように、符号生成部３１と、乗算部３２ａ，３２ｂと、累積加算部３３ａ，３３ｂとを有する。信号分離部２５は、２つの送信アンテナ３ａ，３ｂから送信された例えば４シンボルからなる基準信号を含む信号を受信し、基準信号の直交性を利用して、受信信号を分離して元の符号化データと基準信号を検出する。
【００２０】
受信装置２内のＦＦＴ部２４は、Ｉチャネル信号とＱチャネル信号からなるサブキャリア信号を生成して信号分離部２５に入力する。
【００２１】
信号分離部２５内の符号生成部３１は、送信アンテナ３ａから送信されたサブキャリアの基準信号と同一の符号系列の信号を出力する。乗算器３２ａは、符号生成部３１から出力された信号とＦＦＴ部２４から出力されたサブキャリア信号とを乗算する。
【００２２】
乗算部３２ａの出力は、累積加算部３３ａに入力され、系列長（図の場合、４シンボル）にわたって加算される。
【００２３】
このような処理を行うことで、送信アンテナ３ａから送信された符号化データと基準信号とを分離することができる。
【００２４】
同様に、符号生成部３１は、送信アンテナ３ｂから送信されたサブキャリアの基準信号と同一の符号系列を出力し、乗算器３２ｂは、符号生成部３１から出力された信号とＦＦＴ部２４から出力されたサブキャリア信号とを乗算する。この乗算結果は、累積加算部３３ｂに入力され、系列長にわたって累積加算される。
【００２５】
このような処理を行うことで、送信アンテナ３ｂから送信された符号化データと基準信号とを分離することができる。
【００２６】
累積加算部３３ａ，３３ｂから出力された信号は復号部２６に入力され、基準信号に近接して送信された符号化データが復号される。
【００２７】
本実施形態は、互いに直交する基準信号を各送信アンテナ３ａ，３ｂから送信し、この基準信号を受信装置２で受信して検出することにより、送信アンテナ３ａ，３ｂから受信アンテナ２１までの伝送路状態を推定することを特徴とする。
【００２８】
図５は基準信号を説明する基本概念図であり、マルチキャリア変復調を行わない場合の基準信号を示している。基準信号は、各送信アンテナ３ａ，３ｂごとに設けられ、それぞれ複数（図５では４つ）のシンボルで構成されている。図５の例では、データ信号に続いて基準信号を送信する例を示しているが、データ信号と基準信号の配置の仕方は特に問わない。
【００２９】
図５において、基準信号は複素数の系列で表記されており、「ｊ」は虚数を表している。図５の基準信号は、虚数成分がすべて「０」の場合を示している。
【００３０】
変復調技術においては、実数部をＩ（Inphase）チャネル、虚数部をＱ（Quadrature）チャネルと呼ぶ。また、同一時刻に送信される信号成分を乗算し、基準信号を成す系列長にわたって加算した結果が“０”であること、すなわち、図５に示す基準信号において、「（信号成分１０１×信号成分１０５）＋（信号成分１０２×信号成分１０６）＋（信号成分１０３×信号成分１０７）＋（信号成分１０４×信号成分１０８）＝０」が成立することを「直交」すると呼ぶ。
【００３１】
このように、送信装置１の送信アンテナ３ａ，３ｂから互いに直交する基準信号を同時に送信することで、複数の送信アンテナ３ａ，３ｂと受信アンテナ２１との間の各伝送路を同時に推定することができる。
【００３２】
図６は本発明に係るマルチキャリアシステムにおける基準信号の一例を示す図である。図６の基準信号は、４本の送信アンテナ3a,3b,3c,3dを持ち、サブキャリア数が４つのマルチキャリアシステムに適したものである。ある送信アンテナから送信される基準信号は、他のすべての送信アンテナから送信される基準信号と互いに直交しており、各基準信号は４シンボルで構成されている。
【００３３】
図６（ａ）はアンテナ３ａの基準信号、図６（ｂ）はアンテナ３ｂの基準信号、図６（ｃ）はアンテナ３ｃの基準信号、図６（ｄ）はアンテナ３ｄの基準信号を表している。
【００３４】
一例として、サブキャリアＣについて述べると、基準信号２０１、２０２、２０３、２０４は、互いに直交関係にある。したがって、これら４つの基準信号を含むマルチキャリア変調信号を受信装置２で受信して基準信号を検出することにより、送信アンテナ３ａ，３ｂから受信アンテナ２１までの伝送路状態を推定することができる。
【００３５】
各送信アンテナ３ａ，３ｂから送信される基準信号は、各送信アンテナ３ａ，３ｂごとに、すべての時刻で比較的小さいピーク電力対平均電力をもつ。例えば、基準信号の信号系列２０５、２０６、２０７、２０８は、サブキャリア成分が全て“＋１”、あるいは、全て“−１”の信号系列に比べて、ピーク電力対平均電力が小さい。
【００３６】
このように、各送信アンテナ３ａ，３ｂから送信される基準信号のピーク電力対平均電力を小さくすることにより、非線形電力増幅器等の装置の不完全性による信号の劣化を小さく抑えることができる。
【００３７】
また、ある時刻に各送信アンテナ３ａ，３ｂから送信される基準信号は互いに直交関係にある。例えば、基準信号の信号系列２０５、２０６、２０７、２０８は、互いに直交関係にある。このような基準信号を用いれば、基準信号の一部（例えば、信号系列２０５及至２０８）のみを受信するだけで伝送路を推定できる。ただし、送信装置１の構成を簡略化する等の必要性から、ある時刻に各送信アンテナ３ａ，３ｂから送信される基準信号を互いに直交させずに、同一あるいは反転の基準信号を採用してもよい。
【００３８】
図７は図６とは異なる構成の基準信号の一例を示す図である。図７の基準信号は、同一の周波数を送信する２本の送信アンテナ３ａ，３ｂを用い、サブキャリア数が４つのマルチキャリア変調を行う信号伝送システムに適したものである。
【００３９】
図７（ａ）は送信アンテナ３ａの基準信号、図７（ｂ）は送信アンテナ３ｂの基準信号を表している。ある送信アンテナから送信される基準信号は、他のすべての送信アンテナから送信される基準信号と互いに直交しており、各基準信号は２シンボルで構成されている。各サブキャリアにおいて、ある時刻には、ただ一つの送信アンテナからのみ信号を送信するようにしている。
【００４０】
例えば、時刻ｂにおける信号成分３０１と３０２に注目すると、サブキャリアＡはアンテナ３ａ、サブキャリアＢはアンテナ３ｂ、サブキャリアＣはアンテナ３ａ、サブキャリア４はアンテナ３ｂからのみ信号成分を送信している。
【００４１】
図７の基準信号も、各サブキャリアにおける信号系列、例えば、３０３と３０４は互いに直交関係にある。
【００４２】
このように、全てのサブキャリアにおいて、ある時刻には、ただ一つの送信アンテナからのみ信号を送信するような構成にすることで、受信装置２において複数の送信アンテナから送信された基準信号を分離する処理が不要、あるいは、極めて容易になることが期待される。
【００４３】
図８はある一つの送信アンテナから送信される基準信号の時間波形の一例を示す図であり、１シンボルの中に複数の周期（繰り返し）を設けた例を示している。他の送信アンテナから送信される基準信号の時間波形も図８と同様であり、基準信号同士は直交関係にある。
【００４４】
基準信号が図８のような周期性のある信号である場合、受信装置２は、基準信号を遅延させた信号と基準信号自身との相関値の位相を検出することで、周波数のずれを検出できる。また、１シンボルに複数の周期があるため、１シンボル内の複数の周期を利用して平均受信電力を検出できる。すなわち、平均受信電力を検出するために複数シンボル分の基準信号を受信しなくて済み、平均電力を検出するのに必要な時間を短縮できる。
【００４５】
図９及び図１０は、図６や図７とは異なる構成の基準信号の他の一例を説明する図である。図９の例では、同一周波数信号を送信する２つの送信装置１あ、１ｂｐが近接配置されていて、各送信装置１ａ，１ｂの通信範囲が重複する位置に受信装置２が配置されている。図９の場合、受信装置２は、いずれか一方の送信装置からの無線信号を受信しようとしても、他方の送信装置からの無線信号も受信してしまう。
【００４６】
図１０はこのような場合に適した基準信号の構成を示している。いずれか一方の送信装置の２つの送信アンテナ３ａ，３ｂから送信される基準信号は、各サブキャリアごとに直交している。例えば、基準信号の信号系列６０１，６０２と信号系列６０３と６０４は互いに直交関係にある。
【００４７】
また、送信装置１ａ，１ｂが送信する基準信号は、互いに相関が低くなるように構成されている。例えば、信号系列６０１は信号系列６０３、６０４との相関が小さく、信号系列６０５は信号系列６０７、６０８との相関が小さい。
【００４８】
このように、近接する送信装置１から送信される基準信号との相関を低くすることで、干渉波の影響を緩和したり、２つの送信装置１と通信を行うことが可能になる。
【００４９】
例えば、図９の送信装置１ａ，１ｂと通信を行っている受信装置２において、送信装置１ａ，１ｂの一方の送信する信号が受信装置２に無関係な信号であればこの影響を小さくでき、また、送信装置１ａ，１ｂの一方が送信する信号が受信装置２との通信に有用な信号あれば、これを分離して活用することが可能になる。
【００５０】
図３の受信装置２の変形例として、一部のサブキャリアの基準信号に基づいて、他のサブキャリアの基準信号を推定するようにしてもよい。
【００５１】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、２つの送信アンテナ３ａ，３ｂを有する送信装置１から４つのサブキャリアをもつマルチキャリア変調信号を送信する際、送信アンテナ３ａ，３ｂからはサブキャリアＡ，Ｃ用の基準信号のみを送信し、サブキャリアＢ，Ｄ用の基準信号は送信せず、送信アンテナ３ａ，３ｂからはサブキャリアＢ，Ｄ用の基準信号のみを送信し、サブキャリアＡ，Ｃ用の基準信号は送信しない例を示している。
【００５２】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）のようなマルチキャリア変調信号が送信装置１から送信されると、受信装置２では、図１１（ｃ）に示すように、送信アンテナ３ａ，３ｂからはサブキャリアＢ，Ｄ用の基準信号は受信されず、サブキャリアＢ，Ｄに対する伝送路応答も得られない（図１１（ｄ））。
【００５３】
そこで、図１２に示すように、実数部−虚数部平面におけるサブキャリアＢ，Ｄに近接するサブキャリアＡ，Ｃの伝送路応答に基づいて、サブキャリアＢ，Ｄの伝送路応答を推定する。簡易な手法としては、サブキャリアＡ，Ｃの伝送路応答を線形補間してサブキャリアＢ，Ｄの伝送路応答を求める（図１１（ｅ））。
【００５４】
このような補間処理が有効な理由は、同一のアンテナから送信された全てのサブキャリア信号成分は、ほぼ同一の伝送路を経て受信装置２に到達し、近接するサブキャリアでは伝送路応答に相関性があるためである。
【００５５】
このように、基準信号を送信していないサブキャリアの伝送路応答を、同一の送信アンテナの近接するサブキャリアの伝送路応答から推定することで、一部のサブキャリアの基準信号の送信を省力することができ、基準信号の送信時間の短縮化と送信エネルギーの削減が図れる。
【００５６】
上述した実施形態では、記憶部１１に基準信号を格納する例を説明したが、変調前の基準信号に相当する信号をデータ信号に含めて図２の符号化部４に入力してもよい。
【００５７】
また、図２では、記憶部１１の出力をＤ／Ａ変換器９に供給する例を示しているが、記憶部１１の出力を他の部分に供給してもよい。例えば、記憶部１１の出力をIＦＦＴ部２４７に供給してもよく、この場合は、記憶部１１には変調前の基準信号を格納しておく必要がある。
【００５８】
上述した実施形態において、送信アンテナ３の数、サブキャリアの数及びシンボルの数に特に制限はない。また、上述した実施形態では、マルチキャリア変調を行う例を説明したが、本発明はシングルキャリア変調の場合にも適用可能である。この場合、図５に示す構成の基準信号を設ければよい。
【００５９】
また、送信装置１および受信装置２の内部構成は、図２〜図４に示したものに限定されない。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、互いに直交する基準信号を複数の送信アンテナから送信するため、これら基準信号を受信装置で受信して検出することにより、送信アンテナから受信アンテナまでの伝送路状態を精度よく推定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る信号伝送システムの一実施形態の概略構成を示すブロック図。
【図２】送信装置の詳細構成を示すブロック図。
【図３】受信装置の詳細構成を示すブロック図。
【図４】受信装置内の信号分離部の詳細構成を示すブロック図。
【図５】基準信号を説明する基本概念図。
【図６】本発明に係るマルチキャリアシステムにおける基準信号の一例を示す図。
【図７】図６とは異なる構成の基準信号の一例を示す図。
【図８】ある一つの送信アンテナから送信される基準信号の時間波形の一例を示す図。
【図９】送信装置の通信範囲が重複する位置に受信装置が配置されている図。
【図１０】図９に対応する基準信号の一例を示す図。
【図１１】基準信号の一部だけを送信する例を示す図。
【図１２】基準信号の推定方法を示す図。
【符号の説明】
１  送信装置
２  受信装置
３ａ，３ｂ  送信アンテナ
４  符号化部
５  直並列変換部
６  マッピング部
７  IFFT部
８  波形整形部
９  Ｄ／Ａ変換部
１０  ＩＦ＆ＲＦ変調部
２１  受信アンテナ
２２  ＩＦ＆ＲＦ復調部
２３  Ａ／Ｄ変換部
２４  ＦＦＴ部
２５  信号分離部
２６  復号部
【図１】
0003658569.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003658569.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003658569.tif 000008
【図８】
0003658569.tif 000009
【図９】
0003658569.tif 000010
【図１０】
0003658569.tif 000011
【図１１】
0003658569.tif 000012
【図１２】
0003658569.tif 000013