(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の無線局装置及び第２の無線局装置と、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置との間の無線通信を中継する中継局とを備える無線通信システムであって、
前記第１の無線局装置と前記中継局との間における無線リンクに関する無線リンク情報と、前記第２の無線局装置と前記中継局との間における無線リンクに関する無線リンク情報とを取得する無線リンク情報取得部と、
前記無線リンク情報に基づいて、前記第１の無線局装置と前記中継局との間における伝送レートと、前記第２の無線局装置と前記中継局との間における伝送レートとを無線通信に利用可能なサブチャネルごとに算出する伝送レート算出部と、
前記伝送レート算出部が算出した前記第１の無線局装置及び前記第２の無線局装置の各サブチャネルの伝送レートに基づいて、前記第１の無線局装置と前記中継局とが通信すると共に前記第２の無線局装置と前記中継局とが通信する際において、前記第１の無線局装置の伝送レートと前記第２の無線局装置の伝送レートとのうち小さい伝送レートを最大にする前記サブチャネルの割当を選択するサブチャネル割当部と、
前記サブチャネル割当部が選択したサブチャネルの割当における前記第１の無線局装置の伝送レート及び前記第２の無線局装置の伝送レートに基づいて、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置との通信に要する第１の通信時間を割り当てる時間リソース割当部と、
前記サブチャネル割当部が選択した前記サブチャネルの割当と、前記時間リソース割当部が割り当てた第１の通信時間とを、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置と前記中継局とに通知して無線通信を開始させる割当リソース通知部と
を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記無線リンク情報取得部は、
前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置との間における無線リンクに関する無線リンク情報を更に取得し、
前記伝送レート算出部は、
前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置との間における伝送レートを無線通信に利用可能なサブチャネルごとに算出し、
前記時間リソース割当部は、
前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置との間における伝送レートに基づいて、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置との通信に要する第２の通信時間を算出し、前記第２の通信時間が前記第１の通信時間以下である場合、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置とに対して直接無線通信を行わせることを決定する
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
第１の無線局装置と第２の無線局装置との間における無線リンクに関する無線リンク情報を取得する無線リンク情報取得部と、
前記無線リンク情報に基づいて、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置との間における伝送レートを無線通信に利用可能なサブチャネルごとに算出する伝送レート算出部と、
前記伝送レート算出部が算出した伝送レートに基づいて、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置との通信に要する第１の通信時間を割り当てる時間リソース割当部と、
前記伝送レート算出部が算出した伝送レートと前記第１の通信時間とを前記第１の無線局装置及び前記第２の無線局装置に通知して無線通信を開始させる割当リソース通知部と
を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
第１の無線局装置及び第２の無線局装置と、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置との間の無線通信を中継する中継局とを備える無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記第１の無線局装置と前記中継局との間における無線リンクに関する無線リンク情報と、前記第２の無線局装置と前記中継局との間における無線リンクに関する無線リンク情報とを取得する無線リンク情報取得ステップと、
前記無線リンク情報に基づいて、前記第１の無線局装置と前記中継局との間における伝送レートと、前記第２の無線局装置と前記中継局との間における伝送レートとを無線通信に利用可能なサブチャネルごとに算出する伝送レート算出ステップと、
前記伝送レート算出ステップにおいて算出した前記第１の無線局装置及び前記第２の無線局装置の各サブチャネルの伝送レートに基づいて、前記第１の無線局装置と前記中継局とが通信すると共に前記第２の無線局装置と前記中継局とが通信する際において、前記第１の無線局装置の伝送レートと前記第２の無線局装置の伝送レートとのうち小さい伝送レートを最大にする前記サブチャネルの割当を選択するサブチャネル割当ステップと、
前記サブチャネル割当ステップにおいて選択したサブチャネルの割当における前記第１の無線局装置の伝送レート及び前記第２の無線局装置の伝送レートに基づいて、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置との通信に要する第１の通信時間を割り当てる時間リソース割当ステップと、
前記サブチャネル割当ステップにおいて選択した前記サブチャネルの割当と、前記時間リソース割当ステップにおいて割り当てた第１の通信時間とを、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置と前記中継局とに通知して無線通信を開始させる割当リソース通知ステップと
を有することを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システム、及び無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線ネットワークの通信品質を向上させるため、送信局と受信局との間に中継局を導入し、当該中継局を経由した伝送を行う協力中継伝送が大変注目されている。無線リンクの観点から、協力中継伝送における物理層での信号処理技術、例えばＡＦ（Amplify and Forward）法や、ＤＦ（Decode and Forward）法、分散時空間符号などが提案されている。また、複数の無線リンクによって構築される無線ネットワークの観点から、協力中継伝送における媒体アクセス制御（ＭＡＣ：Media Access Control）層でのさまざまなプロトコルが提案されている。このように、無線ネットワークの各階層において、協力中継伝送の導入に向けた検討がなされている。
【０００３】
無線ＬＡＮ（Local Area Network）の規格では中継伝送が規定されているものの、中継局は単純なアナログ中継処理しかしておらず、送信局からの信号に対してデジタル信号処理を加えたり、送信局と受信局とが協調動作して受信局においてダイバシチ利得や多重利得が得られるように符号化したりするなどの処理は規定されていない（非特許文献１）。
【０００４】
これに対して非特許文献２では、物理層で実施する協力中継伝送に合わせて協力中継局の動作を含めたＭＡＣ伝送プロトコルが提案されている。また、非特許文献３では物理層で最大比合成や分散時空間符号を適用した上で、適用した処理に合わせた協力中継局の動作を含むＭＡＣプロトコルを提案している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】IEEE 802.11-2007, IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, 12 June 2007.
【非特許文献２】Pei Liu, Zhifeng Tao, Sathya Narayanan, Thanasis Korakis, and Shivendra S. Panwar, "CoopMAC: A Cooperative MAC for Wireless LANs," IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 25, no. 2, pp. 340-354, Feb. 2007.
【非特許文献３】Yuxia Lin, Joo-Han Song, Vincent W. S. Wong, "Cooperative Protocols Design for Wireless Ad-Hoc Networks with Multi-hop Routing, "Mobile Networks and Applications, vol.14, no.2, pp.143-153, April 2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述の技術では中継協力伝送を考慮したプロトコルが検討されているものの、中継局を導入することによって増加する中継無線リンクにおける通信リソースの活用については言及されていない。中継局を導入しない伝送、すなわち送信局と受信局との間における直接伝送では、送信局と受信局との間の直接無線リンクに関する情報を送信局及び受信局が把握できれば、通信品質を高めるためのさまざまな制御を行うことは比較的容易である。
【０００７】
一方、少なくとも１つの中継局を導入した送信局と中継局と受信局とにおける協力中継伝送では、送信局と受信局との間の直接無線リンクに加えて、送信局と中継局との間の中継無線リンクと、中継局と受信局との間の中継無線リンクとが存在する。制御の対象となるリンクが増えるため、直接無線リンクと中継無線リンクとに関する情報に基づいて、通信品質を高めるためのさまざまな制御を行うことは困難になる。特に、協力中継伝送における通信リソースの制御は中継無線リンクの数の増加に応じて困難になる。
【０００８】
また、無線通信の方向は単方向だけではなく、双方向の場合もあるため、任意の無線局装置Ｓ１、Ｓ２のペアにおける無線局装置Ｓ１から無線局装置Ｓ２に向けた送信データが存在すると共に無線局装置Ｓ２から無線局装置Ｓ１に向けた送信データも存在する。協力中継伝送において、複数の中継無線リンクと双方向の通信を考慮すると多数の通信データフローの組み合わせが存在することになり、通信リソースの制御がより複雑化してその制御が更に困難になる。
【０００９】
すなわち、協力中継伝送において、複数の中継無線リンクに関する情報に基づいた通信リソースの制御、及び、通信を行う無線局装置のペア及び中継局における通信データフローに関する情報に基づいた通信リソースの制御には検討の余地がある。
【００１０】
上記事情に鑑み、本発明は、協力中継伝送における通信リソースの制御を行い、通信品質を向上させることができる無線通信システム、及び無線通信方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様は、第１の無線局装置及び第２の無線局装置と、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置との間の無線通信を中継する中継局とを備える無線通信システムであって、前記第１の無線局装置と前記中継局との間における無線リンクに関する無線リンク情報と、前記第２の無線局装置と前記中継局との間における無線リンクに関する無線リンク情報とを取得する無線リンク情報取得部と、前記無線リンク情報に基づいて、前記第１の無線局装置と前記中継局との間における伝送レートと、前記第２の無線局装置と前記中継局との間における伝送レートとを無線通信に利用可能なサブチャネルごとに算出する伝送レート算出部と、前記伝送レート算出部が算出した前記第１の無線局装置及び前記第２の無線局装置の各サブチャネルの伝送レートに基づいて、前記第１の無線局装置と前記中継局とが通信すると共に前記第２の無線局装置と前記中継局とが通信する際において、前記第１の無線局装置の伝送レートと前記第２の無線局装置の伝送レートとのうち小さい伝送レートを最大にする前記サブチャネルの割当を選択するサブチャネル割当部と、前記サブチャネル割当部が選択したサブチャネルの割当における前記第１の無線局装置の伝送レート及び前記第２の無線局装置の伝送レートに基づいて、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置との通信に要する第１の通信時間を割り当てる時間リソース割当部と、前記サブチャネル割当部が選択した前記サブチャネルの割当と、前記時間リソース割当部が割り当てた第１の通信時間とを、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置と前記中継局とに通知して無線通信を開始させる割当リソース通知部とを備えることを特徴とする無線通信システムである。
【００１２】
また、本発明の一態様は、上記の無線通信システムにおいて、前記無線リンク情報取得部は、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置との間における無線リンクに関する無線リンク情報を更に取得し、前記伝送レート算出部は、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置との間における伝送レートを無線通信に利用可能なサブチャネルごとに算出し、前記時間リソース割当部は、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置との間における伝送レートに基づいて、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置との通信に要する第２の通信時間を算出し、前記第２の通信時間が前記第１の通信時間以下である場合、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置とに対して直接無線通信を行わせることを決定することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の一態様は、第１の無線局装置と第２の無線局装置との間における無線リンクに関する無線リンク情報を取得する無線リンク情報取得部と、前記無線リンク情報に基づいて、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置との間における伝送レートを無線通信に利用可能なサブチャネルごとに算出する伝送レート算出部と、前記伝送レート算出部が算出した伝送レートに基づいて、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置との通信に要する第１の通信時間を割り当てる時間リソース割当部と、前記伝送レート算出部が算出した伝送レートと前記第１の通信時間とを前記第１の無線局装置及び前記第２の無線局装置に通知して無線通信を開始させる割当リソース通知部とを備えることを特徴とする無線通信システムである。
【００１４】
また、本発明の一態様は、第１の無線局装置及び第２の無線局装置と、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置との間の無線通信を中継する中継局とを備える無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記第１の無線局装置と前記中継局との間における無線リンクに関する無線リンク情報と、前記第２の無線局装置と前記中継局との間における無線リンクに関する無線リンク情報とを取得する無線リンク情報取得ステップと、前記無線リンク情報に基づいて、前記第１の無線局装置と前記中継局との間における伝送レートと、前記第２の無線局装置と前記中継局との間における伝送レートとを無線通信に利用可能なサブチャネルごとに算出する伝送レート算出ステップと、前記伝送レート算出ステップにおいて算出した前記第１の無線局装置及び前記第２の無線局装置の各サブチャネルの伝送レートに基づいて、前記第１の無線局装置と前記中継局とが通信すると共に前記第２の無線局装置と前記中継局とが通信する際において、前記第１の無線局装置の伝送レートと前記第２の無線局装置の伝送レートとのうち小さい伝送レートを最大にする前記サブチャネルの割当を選択するサブチャネル割当ステップと、前記サブチャネル割当ステップにおいて選択したサブチャネルの割当における前記第１の無線局装置の伝送レート及び前記第２の無線局装置の伝送レートに基づいて、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置との通信に要する第１の通信時間を割り当てる時間リソース割当ステップと、前記サブチャネル割当ステップにおいて選択した前記サブチャネルの割当と、前記時間リソース割当ステップにおいて割り当てた第１の通信時間とを、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置と前記中継局とに通知して無線通信を開始させる割当リソース通知ステップとを有することを特徴とする無線通信方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、通信を行う第１の無線局装置及び第２の無線局装置それぞれの無線リンクにおける伝送レートをサブチャネルごとに算出し、第１の無線局装置と第２の無線局装置とに対して伝送レートが偏らないようにサブチャネルを割り当てることにより、協力中継伝送における無線リンクの割当を最適化することができ、通信品質を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る実施形態における無線通信システムの一例を示す概略図である。
【図２】同実施形態における無線通信の手順を時間軸上に展開したフレームシーケンスの一例を示す図である。
【図３】同実施形態における通信リソースに関する制御の手順を示すフローチャートである。
【図４】同実施形態の無線通信システムにおける直接伝送による双方向通信の概要を示す図である。
【図５】同実施形態の直接伝送による双方向通信における通信リソースに関する制御の手順を示すフローチャートである。
【図６】同実施形態の直接伝送による双方向通信における周波数、空間、符号領域の通信リソース割当の順方向伝送フェーズに対する手順を示すフローチャートである。
【図７】同実施形態の直接伝送による双方向通信における周波数、空間、符号領域の通信リソース割当の逆方向伝送フェーズに対する手順を示すフローチャートである。
【図８】同実施形態の直接伝送による双方向通信における時間領域の通信リソースの割当の手順を示すフローチャートである。
【図９】同実施形態の無線通信システムにおける協力中継伝送による双方向通信の概要を示す図である。
【図１０】同実施形態の協力中継伝送による双方向通信における通信リソースに関する制御の手順を示すフローチャートである。
【図１１】同実施形態の協力中継伝送による双方向通信における周波数、空間、符号領域の通信リソース割当のＭＡＣ伝送フェーズにおける手順を示すフローチャートである。
【図１２】同実施形態の協力中継伝送による双方向通信における周波数、空間、符号領域の通信リソース割当のＢＣ伝送フェーズにおける手順を示すフローチャートである。
【図１３】同実施形態の協力中継伝送による双方向通信における時間領域の通信リソースの割当の手順を示すフローチャートである。
【図１４】同実施形態において直接伝送と協力中継伝送とを選択的に用いる場合の通信リソースに関する制御の手順を示すフローチャートである。
【図１５】同実施形態の無線通信システムに用いられる無線局装置１０の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態における無線通信システム、及び無線通信方法を説明する。図１は、本発明に係る実施形態における無線通信システムの一例を示す概略図である。同図に示される無線通信システムは、複数の無線局装置を有し、各無線局装置が他の無線局装置と無線通信を行うことにより無線ネットワークを形成している。ここでは、１組の無線局装置のペア（無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２）と、当該無線局装置のペアの間に位置する中継局としての無線局装置Ｒ１〜ＲＰとが協力中継伝送を行う場合が示されている。中継局としての無線局装置Ｒ１〜ＲＰを中継局グループという。同図において、無線局装置Ｓ１、Ｓ２、Ｒ１〜ＲＰ以外の無線局装置（丸印）は、無線局装置Ｓ１、Ｓ２のペアの通信に協力せず、中継局として選ばれていない無線局装置を示している。無線通信システムにおける無線通信が無線ＬＡＮの規格に従い動作する場合、各無線局装置はＡＰ（Access Point：アクセスポイント）又はＳＴＡ（Station：端末）のいずれであってもよい。
【００１８】
図２は、本実施形態における無線通信の手順を時間軸上に展開したフレームシーケンスの一例を示す図である。同図において、横軸は時間を示している。図２（ａ）に示されるように、無線ネットワークでは、マネジメントフレームを送信する無線局装置と、制御データフレームを送信する無線局装置とによって、一定の頻度で通信媒体が占有されている。無線ＬＡＮでは、無線局装置が通信媒体を占有する頻度を各無線局装置に対して均等に割り当てる制御方式と、特定の無線局装置に対して優先的に割り当てる制御方式と画ある。
【００１９】
各無線局装置に対して優先的に通信媒体を割り当てる制御方式には、例えばＥＤＣＡ（Enhanced Distributed Channel Access）などがある。無線局装置は、優先度に対応するキュー（Queue：待ち行列）を複数備え、通信媒体にアクセスするときにはフレーム間隔（Inter Frame Space）やバックオフアルゴリズムの乱数発生範囲の制御などをする。これにより、優先度の高い送信フレームにはより高い確率で通信権が割り当てられるように、統計的に優先制御を実現している。また、無線ＬＡＮでは、Ｂｅａｃｏｎフレームなどさまざまなマネジメントフレームが使用される。
【００２０】
図２（ｂ）には、中継局を用いない直接無線リンクによるデータ通信を行う場合と、中継局を用いる中継無線リンクによるデータ通信を行う場合とにおける制御データフレームの構成が示されている。直接無線リンクによるデータ通信を行う場合、すなわち中継局グループを用いないデータ通信を行う場合、制御データフレームには、中継局グループを用いないデータ通信のための前処理制御の制御フレームと、直接無線リンクによるデータ通信のデータフレーム・制御フレームとが含まれる。中継局を用いる中継無線リンクによるデータ通信を行う場合、制御データフレームには、中継局グループを用いるための前処理の制御フレームと、協力中継伝送による双方向データ通信のデータフレーム・制御フレームとが含まれる。データフレーム・制御フレームには、必要であればデータ伝送の成否応答が含まれる。
【００２１】
図２（ｃ）には、直接無線リンクを用いた双方向データ通信を行う場合と、中継無線リンクを用いた双方向データ通信を行う場合とにおけるデータフレーム・制御フレームの構成が示されている。直接無線リンクを用いた直接伝送を行う場合、データフレーム・制御フレームには、順方向伝送フェーズのデータフレーム・制御フレームと、逆方向伝送フェーズのデータフレーム・制御フレームとが含まれる。順方向伝送フェーズは、データ通信を行うペアの無線局装置のいずれか一方の無線局装置から他方の無線局装置へ送信データを伝送するフェーズである。逆方向伝送フェーズは、順方向伝送フェーズと逆方向の送信データの伝送するフェーズ、すなわち他方の無線局装置から一方の無線局装置へ送信データを伝送するフェーズである。
【００２２】
また、中継無線リンクを用いた協力中継伝送を行う場合、データフレーム・制御フレームには、ＭＡＣ（Multiple Access Channel）伝送フェーズのデータフレーム・制御フレームと、ＢＣ（Broadcast Channel）伝送フェーズのデータフレーム・制御フレームとが含まれる。ＭＡＣ伝送フェーズは、データ通信を行うペアの無線局装置それぞれから中継局に送信データを送信するフェーズである。ＢＣ伝送フェーズは、中継局がペアの無線局装置から受信した送信データをペアの無線局装置に送信（転送）するフェーズである。
【００２３】
中継局を用いないペアの無線局装置間における直接伝送では、ペアの無線局装置における送信データを送信する送信局と当該送信データを受信する受信局との間の直接無線リンクだけが存在する。この直接無線リンクに関する無線リンク情報を送信局と受信局とが把握できれば、通信品質を高めるためのさまざまな制御が可能となる。
【００２４】
なお、ここでいう無線リンク情報とは、ある無線局ペア間の通信に利用できるさまざまな情報を意味する。例えば、無線リンク情報として、無線伝搬路情報（ＣＳＩ：Channel State Information）、受信信号対雑音電力比（ＳＮＲ：Signal to Noise power Ratio）情報、変調方式符号化方式（ＭＣＳ：Modulation Coding Scheme）情報、トラフィック（ＴＳＩ：Traffic State Information）情報などのさまざまな無線リンクに関連する情報が考えられる。無線伝搬路情報、受信信号対雑音電力比情報は、無線局装置におけるトレーニング信号などの受信状態から間接的な情報として得ることができる。
【００２５】
また、変調方式符号化方式は、送信元の無線局装置が前処理制御フレームなどに設定した情報から直接得ることができる。また、トラフィック情報は、無線局装置が受信した無線信号の送信元を監視することにより得ることができる。また、ここでいう伝送品質情報とは、ある伝送ルートにおける伝送容量、伝送誤り率、伝送遅延などの伝送品質を評価する指標を意味する。なお、本実施形態では、使用する無線リンク情報及び伝送品質情報の種類によって、その技術の適用範囲が制限されるものではない。従って、実システムへの応用の際には、上記で列挙した無線リンク情報及び伝送品質情報に限定する必要はない。
【００２６】
また、中継局を用いるペアの無線局装置間における協力中継伝送では、ペアの無線局装置における送信データを送信する送信局と当該送信データを受信する受信局との間の直接無線リンク以外に、送信局と中継局との間の中継無線リンク、及び中継局と受信局との間の中継無線リンクが存在する。直接無線リンクに関する情報と、中継無線リンクに関する情報とに基づいて、通信リソースの制御を行うことにより、協力中継伝送における通信品質を向上させることができる。中継無線リンクに関する無線リンク情報は、直接無線リンクに関する無線リンク情報と同様に、例えば、無線伝搬路情報や、受信信号対雑音電力比情報、変調方式符号化方式情報、トラフィック情報などを含む情報である。
【００２７】
本実施形態における無線通信システムでは、一対の無線局装置間における双方向通信及び単方向通信の両方を想定すると共に、データ通信を実現する手段として当該無線局装置間における直接伝送と、中継局とを用いた協力中継伝送との両方を想定した上で、通信に用いる周波数、空間、符号、及び時間などの通信リソースに関する制御（割当方法ともいう。）を行う。図３は、本実施形態における通信リソースに関する制御の手順を示すフローチャートである。本実施形態における通信リソースに関する制御（以下、通信リソース制御という。）は、２つのリソース割当に分けて実施される。
【００２８】
１つ目のリソース割当（ステップＳ１）は、周波数、空間、符号領域における通信リソース割当である。周波数、空間、符号領域における通信リソース割当では、データ通信において用いる周波数、空間、符号領域における通信リソースを割り当て、当該割り当てに基づいてデータ通信における伝送レートを算出する。２つ目のリソース割当（ステップＳ５）は、時間領域における通信リソース割当である。時間領域における通信リソース割当では、前述のデータフレーム・制御フレームにおける時間を割り当て、当該割り当てと算出した伝送レートとに基づいてデータ通信に要する所要伝送時間長を算出する。なお、周波数、空間、符号領域における通信リソース割当においては、周波数領域の割当、空間領域の割当、及び、符号領域の割当のうち、いずれか単体領域の割当を行ってもよいし、各領域の割当を組み合わせたものであってもよい。
【００２９】
＜直接伝送による双方向通信＞
本実施形態における通信リソース制御は、データ通信を行う一対の無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２とにおける通信シナリオに応じて分類することができる。ここでは、無線局装置Ｓ１、Ｓ２が中継局を用いずに直接伝送による双方向通信を行う場合について説明する。図４は、本実施形態の無線通信システムにおける直接伝送による双方向通信の概要を示す図である。同図に示される無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２とそれぞれは、互いに送信すべき送信データを有している。本実施形態では、直接伝送による双方向通信を、無線局装置Ｓ１から無線局装置Ｓ２に向けて送信データを送信する順方向伝送フェーズと、無線局装置Ｓ２から無線局装置Ｓ１に向けて送信データを送信する逆方向伝送フェーズとの２つのフェーズ（Phase I, Phase II）に分けられる。
【００３０】
順方向伝送フェーズと逆方向伝送フェーズとは、図２（ｃ）に示したように、通信媒体のアクセスに必要な無線ネットワークにおける制御フレームの送受信を減らすために、一回の送信機会の中で行われる。一回の送信機会とは、無線ネットワークにおいて無線局装置Ｓ１、Ｓ２のいずれか一方又は両方が通信権を獲得してから、その通信権を解放するまでの期間のことである。例えば、無線ＬＡＮでは、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）などの通信媒体のアクセス制御方式を用いて、送信すべきデータを有する複数の無線局装置が通信権の獲得を行う。
【００３１】
図５は、本実施形態の直接伝送による双方向通信における通信リソースに関する制御の手順を示すフローチャートである。直接伝送による双方向通信を行う際においても、図３に示したように周波数、空間、符号領域における通信リソース割当（ステップＳ１１）と、時間領域における通信リソース割当（ステップＳ１５）との２つのリソース割当に分けて実施される。周波数、空間、符号領域における通信リソース割当（ステップＳ１１）では、順方向伝送フェーズと逆方向伝送フェーズとのそれぞれの伝送レートを算出する。時間領域における通信リソース割当（ステップＳ１５）では、順方向伝送フェーズと逆方向伝送フェーズとのそれぞれの所要伝送時間長を算出する。
【００３２】
ステップＳ１１及びステップＳ１５における処理は、無線局装置Ｓ１又は無線局装置Ｓ２のいずれか一方、あるいは両方によって行われる。また、ステップＳ１１とステップＳ１５との処理を行う無線局装置は、直接無線リンクの無線リンク情報を取得し、取得した無線リンク情報に基づいてステップＳ１１及びステップＳ１５の処理を行う。
【００３３】
以下、ステップＳ１１における処理を図６及び図７を参照して説明する。
図６は、本実施形態の直接伝送による双方向通信における周波数、空間、符号領域の通信リソース割当の順方向伝送フェーズに対する手順を示すフローチャートである。ここで、データ通信を行う無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２との間における通信リソースの周波数領域、空間領域、及び符号領域のいずれか一つの領域、又はこれらの領域を組み合わせた複合領域におけるサブチャネルの数をＮとする。すなわち、無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２との間において、周波数、空間、及び符号の組み合わせにより定められる通信可能なチャネルがＮ個存在する。また、以下の説明において、ｉ（１≦ｉ≦Ｎ）はサブチャネルのインデックスを表す。
【００３４】
無線局装置は、直接伝送による双方向通信における順方向伝送フェーズでの各サブチャネルの伝送レートを次式（１）により算出する（ステップＳ１１１）。
ＲS1-fwd（ｉ）＝ｆ（ｈS1-S2-i）  …（１）
【００３５】
式（１）における、ｈS1-S2-iは、無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２との間のサブチャネルｉに関する無線リンク情報を表している。無線リンク情報は、前述したように、無線伝搬路情報や、受信信号対雑音電力比情報、変調方式符号化方式情報、トラフィック情報などである。ＲS1-fwd（ｉ）は、無線リンク情報ｈS1-S2-iと、当該無線リンク情報を引数とする関数ｆ（）とに依存する値であって、順方向伝送フェーズの無線局装置Ｓ１のサブチャネルｉにおける伝送レートを表している。関数ｆ（）は、例えば、無線リンク情報に含まれる無線伝搬路情報と受信信号対雑音電力比とに対応する変調方式符号化方式を所定のテーブルから選択し、選択した変調方式符号化方式から伝送レートを算出する。
【００３６】
無線局装置は、ステップＳ１１１において算出した各サブチャネルの伝送レートに基づいて、順方向伝送フェーズにおける無線局装置Ｓ１の合計伝送レートＲS1-fwdを次式（２）により算出する（ステップＳ１１２）。
ＲS1-fwd＝ΣiＲS1-fwd（ｉ）  …（２）
【００３７】
図７は、本実施形態の直接伝送による双方向通信における周波数、空間、符号領域の通信リソース割当の逆方向伝送フェーズに対する手順を示すフローチャートである。無線局装置は、逆方向伝送フェーズでの各サブチャネルの伝送レートを式（３）により算出する（ステップＳ１１３）。
ＲS2-rev（ｉ）＝ｆ（ｈS1-S2-i）  …（３）
【００３８】
式（３）における、ｈS1-S2-iは前述のように、サブチャネルｉに関する無線リンク情報を表している。ＲS2-rev（ｉ）は、無線リンク情報ｈS1-S2-iと、当該無線リンク情報を引数とする関数ｆ（）とに依存する値であって、逆方向伝送フェーズの無線局装置Ｓ２のサブチャネルｉにおける伝送レートを表している。
【００３９】
無線局装置は、ステップＳ１１３において算出した各サブチャネルの伝送レートに基づいて、逆方向伝送フェーズにおける無線局装置Ｓ２の合計伝送レートＲS2-revを次式（４）により算出する（ステップＳ１１４）。
ＲS2-rev＝ΣiＲS2-rev（ｉ）  …（４）
【００４０】
図７におけるステップＳ１１１及びステップＳ１１２と、図８におけるステップＳ１１３及びステップＳ１１４との処理を無線局装置が行うことにより、図３におけるステップＳ１１が行われることになる。
【００４１】
以下、ステップＳ１５における処理を図８を参照して説明する。
図８は、本実施形態の直接伝送による双方向通信における時間領域の通信リソースの割当の手順を示すフローチャートである。無線局装置は、ステップＳ１１において算出された順方向伝送フェーズにおける伝送レートと、逆方向伝送フェーズにおける伝送レートとを用いて、次式（５）及び次式（６）により順方向所要伝送時間長ＴS1-fwdと逆方向所要伝送時間長ＴS2-revとを算出する（ステップＳ１５１）。
ＴS1-fwd＝ＤS1-fwd／ＲS1-fwd  …（５）
ＴS2-rev＝ＤS2-rev／ＲS2-rev  …（６）
【００４２】
式（５）におけるＤS1-fwdは、順方向伝送フェーズにおいて無線局装置Ｓ１が送信すべき送信データのデータ量を表している。順方向所要伝送時間長ＴS1-fwdは、無線局装置Ｓ１が送信データを伝送する場合に必要な時間である。また、式（６）におけるＤS2-revは、逆方向伝送フェーズにおいて無線局装置Ｓ２が送信すべき送信データのデータ量を表している。逆方向所要伝送時間長ＴS2-revは、無線局装置Ｓ２が送信データを伝送する場合に必要な時間である。
【００４３】
次に、無線局装置は、無線ネットワークや実システムの物理制限に基づいて、順方向伝送フェーズと逆方向伝送フェーズとのそれぞれについて算出した所要伝送時間長（ＴS1-fwd，ＴS2-rev）を用いて、次式（７）及び次式（８）のように順方向伝送最終時間長Ｔfwdと逆方向伝送最終時間長Ｔrevとを算出する（ステップＳ１５２）。
Ｔfwd＝ｍｉｎ（Ｔfwd-max，ＴS1-fwd）  …（７）
Ｔrev＝ｍｉｎ（Ｔrev-max，ＴS2-rev）  …（８）
【００４４】
式（７）におけるＴfwd-maxは、物理制限（例えば、無線パケットの最大時間長や、無線ネットワーク内での伝送可能最大時間長など）に依存する順方向伝送最大時間長を表している。同様に、式（８）におけるＴrev-maxは、物理制限に依存する逆方向伝送最大時間長を表している。
【００４５】
続いて、無線局装置は、ステップＳ１５２において算出した順方向伝送最終時間長と逆方向伝送最終時間長とを用いて、次式（９）により合計伝送時間長Ｔdirectを算出する（ステップＳ１５３）。
Ｔdirect＝Ｔfwd＋Ｔrev  …（９）
【００４６】
前述のステップＳ１５１からステップＳ１５３を無線局装置が行うことにより、図３におけるステップＳ１５が行われる。また、合計伝送時間長Ｔdirectは、直接伝送による双方向通信における一回の通信機会でのデータ通信に要する時間である。
【００４７】
以上のように、直接伝送による双方向通信の順方向伝送フェーズ及び逆方向伝送フェーズの両方について、周波数、空間、符号領域の通信リソース割当（ステップＳ１１）と、時間領域の通信リソース割当（ステップＳ１５）とを無線局装置が行う。そして、ステップＳ１１による通信リソース割当（周波数、空間、符号領域におけるチャネルの割当と変調方式符号化方式）と、ステップＳ１５による通信リソース割当（時間領域における割当、すなわち送信タイミングと期間）とに従って、無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２とは双方向通信を行う。
【００４８】
なお、図３に示した通信リソース制御は、データ通信を行う無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２とのいずれか一方、又は他の無線局装置が行ってもよい。また、順方向伝送フェーズに関する処理を無線局装置Ｓ１が行い、逆方向伝送フェーズに関する処理を無線局装置Ｓ２が行い、それぞれの処理結果に基づいて無線局装置Ｓ１又は無線局装置Ｓ２がステップＳ１５（ステップＳ１５１〜ステップＳ１５３）を行うようにしてもよい。
【００４９】
また、無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２との間で双方向通信を行う場合について説明したが、無線局装置Ｓ１から無線局装置Ｓ２への単方向通信、又は無線局装置Ｓ２から無線局装置Ｓ１への単方向通信を行うようにしてもよい。この場合、単方向通信を双方向通信における一方の通信のみと見なして、通信リソース制御を行う。すなわち、本実施形態における通信リソース制御は、双方向通信に限定されるものではなく、単方向通信に適用することも可能である。
【００５０】
＜協力中継伝送による双方向通信＞
以下、協力中継伝送による双方向通信での通信リソース制御について説明する。図９は、本実施形態の無線通信システムにおける協力中継伝送による双方向通信の概要を示す図である。同図に示されている無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２とそれぞれは、互いに送信すべき送信データを有している。ここでは、無線局装置Ｓ１及び無線局装置Ｓ２と通信可能な他のＰ個の無線局装置Ｒ１、Ｒ２、…、ＲＰを中継局として用い、協力中継伝送による双方向通信を行う。また、Ｐ個の中継局を含む中継局グループＲS1S2を次式（１０）のように表す。
ＲS1S2＝｛Ｒ１，Ｒ２，…，ＲＰ｝  …（１０）
【００５１】
無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２と中継局Ｒ１、Ｒ２、…、ＲＰとにおける協力中継伝送による双方向通信は、２つのフェーズに分けて行われる。１つ目のフェーズは、無線局装置Ｓ１及び無線局装置Ｓ２から中継局Ｒ１、Ｒ２、…、ＲＰに向けて送信データを送信するＭＡＣ（Multiple Access Channel）伝送フェーズである。２つ目のフェーズは、中継局Ｒ１、Ｒ２、…、ＲＱから無線局装置Ｓ１及び無線局装置Ｓ２に向けて送信データを送信するＢＣ（Broadcast Channel）伝送フェーズである。ＭＡＣ伝送フェーズとＢＣ伝送フェーズとは、図２（ｃ）に示したように、通信媒体のアクセスに必要な無線ネットワークにおける制御フレームの送受信を減らすために、一回の送信機会の中で行われる。なお、ＢＣ伝送フェーズにおいて送信する中継局の数ＱはＰ以下である（Ｐ≧Ｑ）。
【００５２】
図１０は、本実施形態の協力中継伝送による双方向通信における通信リソースに関する制御の手順を示すフローチャートである。協力中継伝送による双方向通信を行う場合においても、図３に示したように周波数、空間、符号領域における通信リソース割当（ステップＳ２１）と、時間領域における通信リソース割当（ステップＳ２５）との２つのリソース割当に分けて実施される。周波数、空間、符号領域における通信リソース割当（ステップＳ２１）では、ＭＡＣ伝送フェーズとＢＣ伝送フェーズとのそれぞれの伝送レートを算出する。時間領域における通信リソース割当（ステップＳ２５）では、ＭＡＣ伝送フェーズとＢＣ伝送フェーズとのそれぞれの所要伝送時間長を算出する。
【００５３】
ステップＳ２１及びステップＳ２５における処理は、無線局装置Ｓ１、無線局装置Ｓ２、中継局Ｒ１〜ＲＰのいずれか一つ又は複数の無線局装置によって行われる。ステップＳ２１とステップＳ２５との処理を行う無線局装置は、直接無線リンク及び中継無線リンクそれぞれの無線リンク情報を取得し、取得した無線リンク情報に基づいてステップＳ２５及びステップＳ２５の処理を行う。
【００５４】
以下、ステップＳ２１における処理を図１１及び図１２を参照して説明する。
図１１は、本実施形態の協力中継伝送による双方向通信における周波数、空間、符号領域の通信リソース割当のＭＡＣ伝送フェーズにおける手順を示すフローチャートである。直接伝送による双方向通信における説明と同様に、データ通信を行う無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２との間における通信リソースの周波数領域、空間領域、及び符号領域のいずれか一つの領域、又はこれらの領域を組み合わせた複合領域におけるサブチャネルの数をＮとする。
【００５５】
無線局装置は、協力中継伝送による双方向通信における無線局装置Ｓ１と中継局Ｒ１〜ＲＰとの間の各サブチャネルの伝送レートを次式（１１）及び次式（１２）により算出する（ステップＳ２１１）。
ＲS1-MAC（ｋi＝１）＝ＲS1-MAC（ｉ，１）
＝ｆ（ｈS1-R1-i，…，ｈS1-RP-i）  …（１１）
ＲS1-MAC（ｋi＝２）＝ＲS1-MAC（ｉ，２）＝０  …（１２）
【００５６】
式（１１）におけるｈS1-R1-i，…，ｈS1-RP-iは、無線局装置Ｓ１と中継局Ｒ１，Ｒ２，…，ＲＰとの間のサブチャネルｉに関する無線リンク情報を表している。ＲS1-MAC（ｋi＝１）＝ＲS1-MAC（ｉ，１）は、無線リンク情報ｈS1-R1-i，…，ｈS1-RP-iと、当該無線リンク情報を引数とする関数ｆ（）とに依存する値であって、サブチャネルｉを無線局装置Ｓ１に割り当てたときのＭＡＣ伝送フェーズにおける無線局装置Ｓ１のサブチャネルｉにおける伝送レートを表す。すなわち、伝送レートＲS1-MAC（ｋi＝１）＝ＲS1-MAC（ｉ，１）は、ＭＡＣ伝送フェーズにおいてサブチャネルｉを通じて無線局装置Ｓ１が送信するデータの伝送レートを表す。
【００５７】
また、式（１１）及び式（１２）におけるｋiは、サブチャネルｉを無線局装置Ｓkiに割り当てることを意味する。例えば、ｋi＝１はサブチャネルｉを無線局装置Ｓ１に割り当てることを意味する。ＲS1-MAC（ｋi＝２）＝ＲS1-MAC（ｉ，２）は、サブチャネルｉを無線局装置Ｓ２に割り当てたときのＭＡＣ伝送フェーズにおける無線局装置Ｓ１のサブチャネルｉにおける伝送レートを表す。すなわち、各サブチャネルは排他的に割り当てられるため、無線局装置Ｓ２に割り当てられたサブチャネルｉにおける無線局装置Ｓ１の当該サブチャネルｉにおける伝送レートは０となる。また、ｋi＝２はサブチャネルｉを無線局装置Ｓ２に割り当てることを意味する。
【００５８】
次に、無線局装置は、ステップＳ２１１において算出した各サブチャネルの伝送レートに基づいて、ＭＡＣ伝送フェーズにおける無線局装置Ｓ１の合計伝送レートＲS1-MAC（ｋ1，…，ｋi，…ｋN）の全パターンを、次式（１３）により算出する（ステップＳ２１２）。
ＲS1-MAC（ｋ1，…，ｋi，…ｋN）＝ΣiＲS1-MAC（ｋi＝１or２）  …（１３）
【００５９】
Ｎ個あるサブチャネルそれぞれに対して無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２とのいずれかを選択することにより、全部で２Ｎ通りの割当パターンそれぞれにおける無線局装置Ｓ１の合計伝送レートとが算出される。
【００６０】
また、無線局装置は、協力中継伝送による双方向通信における無線局装置Ｓ２と中継局Ｒ１，Ｒ２，…，ＲＰとの間の各サブチャネルの伝送レートを次式（１４）及び次式（１５）により算出する（ステップＳ２１３）。
ＲS2-MAC（ｋi＝１）＝ＲS2-MAC（ｉ，１）＝０  …（１４）
ＲS2-MAC（ｋi＝２）＝ＲS2-MAC（ｉ，２）
＝ｆ（ｈS2-R1-i，…，ｈS2-RP-i）  …（１５）
【００６１】
式（１４）におけるｈS2-R1-i，…，ｈS2-RP-iは、無線局装置Ｓ２と中継局Ｒ１，Ｒ２，…，ＲＰとの間のサブチャネルｉに関する無線リンク情報を表している。ＲS2-MAC（ｋi＝１）＝ＲS2-MAC（ｉ，１）は、サブチャネルｉを無線局装置Ｓ１に割り当てたときのＭＡＣ伝送フェーズにおける無線局装置Ｓ２のサブチャネルｉにおける伝送レートを表している。また、ＲS2-MAC（ｋi＝２）＝ＲS2-MAC（ｉ，２）は、サブチャネルｉを無線局装置Ｓ２に割り当てたときのＭＡＣ伝送フェーズにおける無線局装置Ｓ２のサブチャネルｉにおける伝送レートを表す。前述のように、各サブチャネルは排他的に割り当てられるため、無線局装置Ｓ１に割り当てられたサブチャネルｉにおける無線局装置Ｓ２の当該サブチャネルｉにおける伝送レートは０となる。
【００６２】
次に、無線局装置は、ステップＳ２１３において算出した各サブチャネルの伝送レートに基づいて、ＭＡＣ伝送フェーズにおける無線局装置Ｓ２の合計伝送レートＲS2-MAC（ｋ1，…，ｋi，…ｋN）の全パターンを、次式（１６）により算出する（ステップＳ２１４）。
ＲS2-MAC（ｋ1，…，ｋi，…ｋN）＝ΣiＲS2-MAC（ｋi＝１or２）  …（１６）
【００６３】
ステップＳ２１２と同様に、Ｎ個あるサブチャネルそれぞれに対して無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２とのいずれかを選択することにより、全部で２Ｎ通りの割当パターンそれぞれにおける無線局装置Ｓ１の合計伝送レートが算出される。
【００６４】
ステップＳ２１１からステップＳ２１４の処理により、各サブチャネルを無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２とのいずれかに割り当てる全ての組み合わせパターンそれぞれの合計伝送レートが得られる。無線局装置は、得られた全パターンの合計伝送レートに基づいて、次式（１７）を満たすサブチャネルの割当パターンｋ1＊，…，ｋi＊，…，ｋN＊を選択する（ステップＳ２１５）。
ｋ1＊，…，ｋi＊，…，ｋN＊＝ａｒｇｍａｘ｛
ｍｉｎ［ＲS1-MAC（ｋ1，…，ｋi，…ｋN），
ＲS2-MAC（ｋ1，…，ｋi，…ｋN）］｝  …（１７）
【００６５】
式（１７）により、ＭＡＣ伝送フェーズにおける無線局装置Ｓ１の合計伝送レートと無線局装置Ｓ２の合計伝送レートとのうち小さい合計伝送レートが最大となるサブチャネルの割当パターンｋ1＊，…，ｋi＊，…，ｋN＊が選び出される。この割当パターンｋ1＊，…，ｋi＊，…，ｋN＊を最良割当パターンという。最良割当パターンにおける無線局装置Ｓ１の合計伝送レートＲS1-MACと無線局装置Ｓ２の合計伝送レートＲS2-MACとは、次式（１８）及び次式（１９）となる。
ＲS1-MAC＝ＲS1-MAC（ｋ1＊，…，ｋi＊，…，ｋN＊）  …（１８）
ＲS2-MAC＝ＲS2-MAC（ｋ1＊，…，ｋi＊，…，ｋN＊）  …（１９）
【００６６】
図１２は、本実施形態の協力中継伝送による双方向通信における周波数、空間、符号領域の通信リソース割当のＢＣ伝送フェーズにおける手順を示すフローチャートである。ＭＡＣ伝送フェーズにおける説明と同様に、データ通信を行う無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２との間における通信リソースの周波数領域、空間領域、及び符号領域のいずれか一つの領域、又はこれらの領域を組み合わせた複合領域におけるサブチャネルの数をＮとする。
【００６７】
無線局装置は、協力中継伝送による双方向通信における中継局Ｒ１〜ＲＱと無線局装置Ｓ１との間の各サブチャネルの伝送レートを次式（２０）及び次式（２１）により算出する（ステップＳ２１６）。
ＲS1-BC（ｋi＝１）＝ＲS1-BC（ｉ，１）
＝ｆ（ｈS1-R1-i，…，ｈS1-RQ-i）  …（２０）
ＲS1-BC（ｋi＝２）＝ＲS1-BC（ｉ，２）＝０  …（２１）
【００６８】
なお、中継局の数Ｐに代えてＱ（Ｐ≧Ｑ）としているのは、Ｐ個の中継局のうち、ＭＡＣ伝送フェーズにおいて無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２とそれぞれから送信データを正確に受信できたＱ個の中継局のみがＢＣ伝送フェーズにおいて無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２とに送信データを送信するためである。また、送信データを正確に受信できなかった（Ｐ−Ｑ）個の中継局はＢＣ伝送フェーズにおける送信データの送信を行わない。送信データを正確に受信できたか否かの判定は、例えば、無線ＬＡＮなどで利用されているＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check：巡回冗長検査）を用いる。
【００６９】
式（２０）におけるｈS1-R1-i，…，ｈS1-RQ-iは、無線局装置Ｓ１と中継局Ｒ１，Ｒ２，…，ＲＱとの間のサブチャネルｉに関する無線リンク情報を表している。ＲS1-BC（ｋi＝１）＝ＲS1-BC（ｉ，１）は、無線リンク情報ｈS1-R1-i，…，ｈS1-RQ-iと、当該無線リンク情報を引数とする関数ｆ（）とに依存する値であって、サブチャネルｉを無線局装置Ｓ１に割り当てたときのＢＣ伝送フェーズにおける無線局装置Ｓ１のサブチャネルｉにおける伝送レートを表す。すなわち、伝送レートＲS1-BC（ｋi＝１）＝ＲS1-BC（ｉ，１）は、ＢＣ伝送フェーズにおいてサブチャネルｉを通じて無線局装置Ｓ１が受信するデータの伝送レートを表す。
【００７０】
また、ＲS1-BC（ｋi＝２）＝ＲS1-BC（ｉ，２）は、サブチャネルｉを無線局装置Ｓ２に割り当てたときのＢＣ伝送フェーズにおける無線局装置Ｓ１のサブチャネルｉにおける伝送レートを表す。前述のように、各サブチャネルは排他的に割り当てられるため、無線局装置Ｓ１に割り当てられたサブチャネルｉにおける無線局装置Ｓ２の当該サブチャネルｉにおける伝送レートは０となる。
【００７１】
次に、無線局装置は、ステップＳ２１６において算出した各サブチャネルの伝送レートに基づいて、ＢＣ伝送フェーズにおける無線局装置Ｓ１の合計伝送レートＲS1-BC（ｋ1，…，ｋi，…ｋN）の全パターンを、次式（２２）により算出する（ステップＳ２１７）。
ＲS1-BC（ｋ1，…，ｋi，…ｋN）＝ΣiＲS1-BC（ｋi＝１or２）  …（２２）
【００７２】
Ｎ個あるサブチャネルそれぞれに対して無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２とのいずれかを選択することにより、全部で２Ｎ通りの割当パターンそれぞれにおける無線局装置Ｓ１の合計伝送レートとが算出される。
【００７３】
また、無線局装置は、協力中継伝送による双方向通信における中継局Ｒ１，Ｒ２，…，ＲＰと無線局装置Ｓ２との間の各サブチャネルの伝送レートを次式（２３）及び次式（２４）により算出する（ステップＳ２１８）。
ＲS2-BC（ｋi＝１）＝ＲS2-BC（ｉ，１）＝０  …（２３）
ＲS2-BC（ｋi＝２）＝ＲS2-BC（ｉ，２）
＝ｆ（ｈS2-R1-i，…，ｈS2-RQ-i）  …（２４）
【００７４】
式（２３）におけるｈS2-R1-i，…，ｈS2-RQ-iは、無線局装置Ｓ２と中継局Ｒ１，Ｒ２，…，ＲＱとの間のサブチャネルｉに関する無線リンク情報を表している。ＲS2-BC（ｋi＝１）＝ＲS2-BC（ｉ，１）は、サブチャネルｉを無線局装置Ｓ１に割り当てたときのＢＣ伝送フェーズにおける無線局装置Ｓ２のサブチャネルｉにおける伝送レートを表している。まら、ＲS2-BC（ｋi＝２）＝ＲS2-BC（ｉ，２）は、サブチャネルｉを無線局装置Ｓ２に割り当てたときのＢＣ伝送フェーズにおける無線局装置Ｓ２のサブチャネルｉにおける伝送レートを表す。前述のように、各サブチャネルは排他的に割り当てられるため、無線局装置Ｓ１に割り当てられたサブチャネルｉにおける無線局装置Ｓ２の当該サブチャネルｉにおける伝送レートは０となる。
【００７５】
次に、無線局装置は、ステップＳ２１８において算出した各サブチャネルの伝送レートに基づいて、ＢＣ伝送フェーズにおける無線局装置Ｓ２の合計伝送レートＲS2-BC（ｋ1，…，ｋi，…ｋN）の全パターンを、次式（２５）により算出する（ステップＳ２１９）。
ＲS2-BC（ｋ1，…，ｋi，…ｋN）＝ΣiＲS2-BC（ｋi＝１or２）  …（２５）
【００７６】
ステップＳ２１７と同様に、Ｎ個あるサブチャネルそれぞれに対して無線局装置Ｓ２と無線局装置Ｓ２とのいずれかを選択することにより、全部で２Ｎ通りの割当パターンそれぞれにおける無線局装置Ｓ１の合計伝送レートが算出される。
【００７７】
ステップＳ２１６からステップＳ２１９の処理により、各サブチャネルを無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２とのいずれかに割り当てる全ての組み合わせパターンそれぞれの合計伝送レートが得られる。無線局装置は、得られた全パターンの合計伝送レートに基づいて、次式（２６）を満たすサブチャネルの割当パターンｋ1＊，…，ｋi＊，…，ｋN＊を選択する（ステップＳ２２０）。
ｋ1＊，…，ｋi＊，…，ｋN＊＝ａｒｇｍａｘ｛
ｍｉｎ［ＲS1-BC（ｋ1，…，ｋi，…ｋN），
ＲS2-BC（ｋ1，…，ｋi，…ｋN）］｝  …（２６）
【００７８】
式（２６）により、ＢＣ伝送フェーズにおける無線局装置Ｓ１の合計伝送レートと無線局装置Ｓ２の合計伝送レートとのうち小さい合計伝送レートが最大となるサブチャネルの最良割当パターンｋ1＊，…，ｋi＊，…，ｋN＊が選び出される。最良割当パターンにおける無線局装置Ｓ１の合計伝送レートＲS1-BCと無線局装置Ｓ２の合計伝送レートＲS2-BCとは、次式（２７）及び次式（２８）となる。
ＲS1-BC＝ＲS1-BC（ｋ1＊，…，ｋi＊，…，ｋN＊）  …（２７）
ＲS2-BC＝ＲS2-BC（ｋ1＊，…，ｋi＊，…，ｋN＊）  …（２８）
【００７９】
以下、ステップＳ２５における処理を図１３を参照して説明する。
図１３は、本実施形態の協力中継伝送による双方向通信における時間領域の通信リソースの割当の手順を示すフローチャートである。無線局装置は、ステップＳ２１において算出されたＭＡＣ伝送フェーズにおける伝送レートと、ＢＣ伝送フェーズにおける伝送レートとを用いて、次式（２９）から次式（３２）でＭＡＣ所要伝送時間長とＢＣ所要伝送時間長とを算出する（ステップＳ２５１）。
ＴS1-MAC＝ＤS1-MAC／ＲS1-MAC  …（２９）
ＴS2-MAC＝ＤS2-MAC／ＲS2-MAC  …（３０）
ＴS1-BC＝ＤS1-BC／ＲS1-BC  …（３１）
ＴS2-BC＝ＤS2-BC／ＲS2-BC  …（３２）
【００８０】
式（２９）におけるＤS1-MACは、ＭＡＣ伝送フェーズにおける無線局装置Ｓ１が送信するデータ量を表す。式（３０）におけるＤS2-MACは、ＭＡＣ伝送フェーズにおける無線局装置Ｓ２が送信するデータ量を表す。ＭＡＣ所要伝送時間長ＴS1-MACは、データ量ＤS1-MACのデータを伝送レートＲS1-MACで伝送する際に要する時間長を表す。ＭＡＣ所要伝送時間長ＴS2-MACは、データ量ＤS2-MACのデータを伝送レートＲS2-MACで伝送する際に要する時間長を表す。
【００８１】
また、式（３１）におけるＤS1-BCはＢＣ伝送フェーズにおける中継局が無線局装置Ｓ１に送信するデータ量を表す。式（３２）におけるＤS2-BCはＢＣ伝送フェーズにおける中継局が無線局装置Ｓ２に送信するデータ量を表す。ＢＣ所要伝送時間長ＴS1-BCは、データ量ＤS1-BCのデータを伝送レートＲS1-BCで伝送する際に要する時間長を表す。ＢＣ所要伝送時間長ＴS2-BCは、データ量ＤS2-BCのデータを伝送レートＲS2-BCで伝送する際に要する時間長を表す。
【００８２】
次に、無線局装置は、無線ネットワークや実システムの物理制限に基づいて、ＭＡＣ伝送フェーズとＢＣ伝送フェーズとのそれぞれについて算出した所要伝送時間長（ＴS1-MAC，ＴS2-MAC，ＴS1-BC，ＴS2-BC）を用いて、次式（３３）及び次式（３４）のようにＭＡＣ伝送最終時間長ＴMACとＢＣ伝送最終時間長ＴBCとを算出する（ステップＳ２５２）。
ＴMAC＝ｍｉｎ（ＴMAC-max，ｍａｘ（ＴS1-MAC，ＴS2-MAC））  …（３３）
ＴBC＝ｍｉｎ（ＴBC-max，ｍａｘ（ＴS1-BC，ＴS2-BC））  …（３４）
【００８３】
式（３３）におけるＴMAC-maxは、物理制限（例えば、無線パケットの最大時間長、あるいは無線ネットワーク内での伝送可能最大時間長など）に依存するＭＡＣ伝送フェーズに対する最大時間長を表す。ＴMACは、ＭＡＣ伝送最終時間長を表す。また、式（３４）におけるＴBC-maxは、同様に、物理制限に依存するＢＣ伝送フェーズに対する最大時間長を表す。ＴBCはＢＣ伝送最終時間長を表す。
【００８４】
無線局装置は、ステップＳ２５２においてＭＡＣ伝送時間長ＴMACとＢＣ伝送時間長ＴBCとが算出されると、それぞれの伝送時間長を足し合わせて、次式（３５）のように協力中継伝送による双方向通信の合計伝送時間長Ｔcoopを算出する（ステップＳ２５３）。
Ｔcoop＝ＴMAC＋ＴBC  …（３５）
【００８５】
前述のステップＳ２５１からステップＳ２５３を無線局装置が行うことにより、図１０におけるステップＳ２５が行われる。また、合計伝送時間長Ｔcoopは、協力中継伝送による双方向通信における一回の通信機会でのデータ通信に要する時間である。
【００８６】
以上のように、協力中継伝送による双方向通信のＭＡＣ伝送フェーズ及びＢＣ伝送フェーズの両方について、周波数、空間、符号領域の通信リソースの割当（ステップＳ２１）と、時間領域の通信リソース割当（ステップＳ２５）とを無線局装置が行う。そして、通信リソース割当の結果に基づいて、無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２と中継局（無線局装置）Ｒ１，Ｒ２，…，ＲＰとが協力中継伝送による双方向通信を行う。なお、通信リソース割当の結果とは、ＭＡＣ伝送フェーズにおける最良割当パターン及びＢＣ伝送フェーズにおける最良割当パターン、並びにＭＡＣ伝送最終時間長及びＢＣ伝送最終時間長である。
【００８７】
本実施形態の無線通信システムでは、協力中継伝送による双方向通信が行われる場合、無線局装置Ｓ１と中継局ＲS1S2との間の中継無線リンクと、無線局装置Ｓ２と中継局ＲS1S2との間の中継無線リンクとにおける伝送レートの最適化を行う。具体的には、ＭＡＣ伝送フェーズにおける式（１７）による最良割当パターンの算出と、ＢＣ伝送フェーズにおける式（２６）による最良割当パターンの算出とを行う。これにより、無線局装置Ｓ１と中継局ＲS1S2との間、及び、無線局装置Ｓ２と中継局ＲS1S2との間における伝送レートを最適化することができ、通信品質を向上させることができる。
【００８８】
なお、図１０に示した通信リソース制御は、送信データの送信元又は宛先となる無線局装置Ｓ１及び無線局装置Ｓ２、あるいは中継局Ｒ１，Ｒ２，…，ＲＰとしての無線局装置のいずれか一つの無線局装置が行うようにしてもよい。この場合、通信リソース制御を行う無線局装置は、直接無線リンク及び中継無線リンクにおける無線リンク情報を取得し、当該無線リンク情報に基づいて通信リソースの割当を行う。通信リソース制御を行う無線局装置は、通信リソースの割当により得られた割当結果を、協力中継伝送による双方向通信を行う他の無線局装置に通知することになる。
【００８９】
また、図１０に示した通信リソース制御は、送信データの送信元又は宛先となる無線局装置Ｓ１及び無線局装置Ｓ２、あるいは中継局Ｒ１，Ｒ２，…，ＲＰとしての無線局装置のうちの複数の無線局装置が行うようにしてもよい。例えば、無線局装置Ｓ１がステップＳ２１１、ステップＳ２１２、ステップＳ２１６及びステップＳ２１７の処理を行い、無線局装置Ｓ２がステップＳ２１３、ステップＳ２１４、ステップＳ２１８及びステップＳ２１９を行い、いずれかの無線局装置がステップＳ２２０、ステップＳ２５１〜ステップＳ２５３を行うようにしてもよい。
【００９０】
また、無線局装置Ｓ１から無線局装置Ｓ２へのデータ通信と、無線局装置Ｓ２から無線局装置Ｓ１へのデータ通信とを併せて行う協力中継伝送による双方向通信を行う場合の通信リソースの割当について説明したが、無線局装置Ｓ１から無線局装置Ｓ２へのデータ通信のみ、又は無線局装置Ｓ２から無線局装置Ｓ１へのデータ通信のみの単方向通信を行う場合であっても、前述の通信リソースの割当を行うようにしてもよい。すなわち、本実施形態における通信リソース制御は、双方向通信に限定されるものではなく、単方向通信に適用することも可能である。
【００９１】
＜直接伝送と協力中継伝送との動的選択＞
上記の説明では、直接伝送を行うことを前提にした通信リソースの割当と、協力中継伝送を行うことを前提にした通信リソースの割当とについて説明した。ここでは、データ通信を行う無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２とにおいて直接伝送が可能であり、かつ中継局Ｒ１，Ｒ２，…，ＲＰを用いた協力中継伝送が可能である状況において、選択的に通信リソースの割当を行う場合について説明する。
【００９２】
図１４は、本実施形態において直接伝送と協力中継伝送とを選択的に用いる場合の通信リソースに関する制御の手順を示すフローチャートである。無線通信システムにおける２つの無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２との間においてデータ通信を行う際に、無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２とが直接伝送を行うことができ、かつ、無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２との周囲に位置する他の無線局装置（中継局）を経由した協力中継伝送を行うことができるとき、図１４に示す通信リソース割当の処理が、無線局装置Ｓ１、無線局装置Ｓ２、又は無線局装置Ｓ１、Ｓ２の周囲に位置する他の無線局装置（中継局）において行われる。
【００９３】
無線局装置は、通信リソース割当の処理を開始すると、協力中継伝送における通信リソースの割当、すなわち図１０に示した処理を行うことにより、協力中継伝送に要する合計伝送時間長Ｔcoopを算出する（ステップＳ３１）。
また、無線局装置は、直接伝送における通信リソースの割当、すなわち図３に示した処理を行うことにより、直接伝送に要する合計伝送時間長Ｔdirectを算出する（ステップＳ３２）。
【００９４】
なお、無線局装置は、図１０から図１３において説明した手順にて合計伝送時間長Ｔcoopを算出する。また、無線局装置は、図５から図８において説明した手順にて合計伝送時間長Ｔdirectを算出する。
【００９５】
無線局装置は、合計伝送時間長Ｔcoopと合計伝送時間長Ｔdirectとを算出すると、合計伝送時間長Ｔcoopが合計伝送時間長Ｔdirect未満であるか否かを判定する（ステップＳ３３）。
【００９６】
合計伝送時間長Ｔcoopが合計伝送時間長Ｔdirect未満である場合（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、無線局装置は、ＭＡＣ伝送フェーズにおける最良割当パターン及びＢＣ伝送フェーズにおける最良割当パターン、並びにＭＡＣ伝送最終時間長及びＢＣ伝送最終時間長を各無線局装置に通知し、協力中継伝送による双方向通信の実施を各無線局装置に要求する（ステップＳ３４）。
【００９７】
一方、合計伝送時間長Ｔcoopが合計伝送時間長Ｔdirect未満でない場合（ステップＳ３３：ＮＯ）、無線局装置は、他の無線局装置に対して無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２とが直接無線リンクによる直接伝送による双方向通信を行うことを各無線局装置に通知し、直接伝送による双方向通信の実施を無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２とに要求する（ステップＳ３５）。
【００９８】
以上のように、無線通信システムにおける二つの無線局装置がデータ通信を行う際に、直接伝送及び協力中継伝送による双方向通信が可能であるとき、直接伝送における合計伝送時間長Ｔdirectと協力中継伝送における合計伝送時間長Ｔcoopとを算出し、直接伝送と協力中継伝送とのいずれの伝送を用いるかを判定する。これにより、二つの無線局装置間における直接無線リンクと中継無線リンクとに対する通信リソースの割当を最適化することができ、通信品質を向上させることができる。
【００９９】
また、無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２との間で双方向通信を行う場合について説明したが、無線局装置Ｓ１から無線局装置Ｓ２への単方向通信、又は無線局装置Ｓ２から無線局装置Ｓ１への単方向通信を行うようにしてもよい。この場合、単方向通信を双方向通信における一方の通信のみと見なして、通信リソース制御を行う。すなわち、本実施形態における通信リソース制御は、双方向通信に限定されるものではなく、単方向通信に適用することも可能である。
【０１００】
また、本実施形態の無線通信システムにおける通信リソースの制御（通信リソースの割当）では、直接伝送又は協力中継伝送による双方向通信と、直接伝送及び協力中継伝送による単方向通信とのいずれにおいても同様の処理にて通信リソースの制御を行うことができる。また、双方向通信を一回の通信機会で行うようにしているので、直接伝送と協力中継伝送とを同様に扱うことができ、前述のような動的な直接伝送と協力中継伝送との切り替えを容易に行うことができる。
【０１０１】
図１５は、本実施形態の無線通信システムに用いられる無線局装置１０の構成例を示すブロック図である。同図に示すように、無線局装置１０は、複数のアンテナ１１、無線通信部１２、及び、通信制御部１３を備えている。通信制御部１３は、無線リンク情報取得部１３１、伝送レート算出部１３２、サブチャネル割当部１３３、時間リソース割当部１３４、及び、割当リソース通知部１３５を有している。なお、同図には、無線局装置１０が複数のアンテナ１１を備える構成を示しているが、無線局装置１０が備えるアンテナ１１の数は一つであってもよい。
【０１０２】
無線通信部１２は、アンテナ１１を介して、他の無線局装置１０から送信された送信データを受信して受信信号処理を行い、得られたデータを通信制御部１３に出力する。受信信号処理は、例えば、ベースバンドへのダウンコンバートや、復調、誤り訂正復号などである。また、無線通信部１２は、通信制御部１３から入力されるデータに対して送信信号処理を行い、得られた送信データをアンテナ１１を介して送信する。送信信号処理は、例えば、データに対する誤り訂正符号化、変調、無線周波数帯へのアップコンバートなどである。
【０１０３】
また、無線通信部１２は、自装置の通信制御部１３又は他の無線局装置１０における通信制御部１３において決定された各サブチャネルの割当や時間領域おける通信リソースの割当を取得すると、当該割当に応じた送信及び受信を行う。無線通信部１２は、時分割複信により双方向通信を行う。また、無線通信部１２から通信制御部１３に出力されるデータは、無線リンク情報などである。通信制御部１３から無線通信部１２に出力されるデータは、通信リソースの割当を示す情報である。
【０１０４】
無線リンク情報取得部１３１は、自装置と他の無線局装置１０との間の無線リンクにおける無線伝搬路情報や、受信信号対雑音電力比情報、変調方式符号化方式情報、トラフィック情報などを含む無線リンク情報を取得する。また、無線リンク情報取得部１３１は、自装置において通信リソースの割当が行われる場合、無線通信部１２を介して他の無線局装置１０に対して無線リンク情報を要求し、他の無線局装置１０に関する無線リンク情報を取得する。
【０１０５】
伝送レート算出部１３２は、無線リンク情報取得部１３１が取得する無線リンク情報に基づいて各サブチャネルの変調方式符号化方式を選択し、各サブチャネルの伝送レートを算出する。具体的には、伝送レート算出部１３２は、図６及び図７におけるステップＳ１１１からステップＳ１１４の処理や、図１１及び図１２におけるステップＳ２１１からステップＳ２１４とステップＳ２１６からステップＳ２１９との処理を行う。
【０１０６】
サブチャネル割当部１３３は、伝送レート算出部１３２が算出する伝送レートに基づいて、各サブチャネルの割当を行う。具体的には、サブチャネル割当部１３３は、図１１及び図１２におけるステップＳ２１５とステップＳ２２０との処理を行う。
【０１０７】
時間リソース割当部１３４は、伝送レート算出部１３２が算出する伝送レートと、サブチャネル割当部１３３が算出する各サブチャネルの割当とに基づいて、時間領域の通信リソースの割当を行う。具体的には、時間リソース割当部１３４は、図８におけるステップＳ１５１からステップＳ１５３の処理や、図１３におけるステップＳ２５１からステップＳ２５３の処理を行う。
【０１０８】
また、時間リソース割当部１３４は、データ通信を行う無線局装置Ｓ１と無線局装置Ｓ２との間において直接伝送と協力中継伝送との両方が可能である場合には、合計伝送時間長Ｔdirect及び合計伝送時間長Ｔcoopを算出し、直接伝送と協力中継伝送とのいずれの伝送を用いるかを決定する。すなわち、時間リソース割当部１３４は、図１４におけるステップＳ３３の処理を行う。
【０１０９】
割当リソース通知部１３５は、周波数、空間、符号領域における通信リソースの割当結果（各サブチャネルの割当）と、時間領域おける通信リソースの割当結果とを、無線通信部１２を介して他の無線局装置１０に通知する。また、割当リソース通知部１３５は、通知した割当結果に基づいて、各無線局装置１０に対して通信の開始を要求する。なお、時間領域における通信リソースの割当結果は、順方向伝送最終時間長Ｔfwd及び逆方向伝送最終時間長Ｔrevや、ＭＡＣ伝送最終時間長ＴMAC及びＢＣ伝送最終時間長ＴBCなどである。なお、他の無線局装置に通信リソースの割当結果を通知する際には、例えば、図２（ｂ）において示した制御フレームなどが用いられる。
【０１１０】
なお、図１５に示す無線局装置１０の構成は一例であり、本実施形態の無線通信システムにおける全ての無線局装置が、図１５に示した構成を備えずともよい。データ通信をする二つの無線局装置Ｓ１及び無線局装置Ｓ２と中継局としての無線局装置とのうち、少なくとも一つの無線局装置が図１５に示した構成を備えていればよい。この場合、他の無線局装置は、算出された通信リソースの割当結果に基づいて、無線通信を行うことになる。
【０１１１】
上述した実施形態における通信制御部１３をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、更に前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。
【０１１２】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
中継局を用いる無線通信において通信リソースの割当が不可欠な用途にも適用できる。
【符号の説明】
【０１１４】
１０、Ｓ１、Ｓ２…無線局装置
１１…アンテナ
１２…無線通信部
１３…通信制御部
１３１…無線リンク情報取得部
１３２…伝送レート算出部
１３３…サブチャネル割当部
１３４…時間リソース割当部
１３５…割当リソース通知部
Ｒ１、Ｒ２、ＲＰ、ＲＱ…中継局
【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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【図１５】
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