(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信システムに設けられる無線基地局であって、
当該無線通信システムに割り当てられた占有周波数に加えて、ホワイトスペースを利用した共用周波数を使用して、当該無線基地局に接続される無線通信端末と通信を行う無線通信部と、
前記無線通信端末との通信が行われるトラフィックが、帯域保証がなされた第１のトラフィックと、帯域保証がなされていない第２のトラフィックとを含む場合、前記第１のトラフィックに前記占有周波数の無線資源を優先的に割り当て、前記第２のトラフィックに前記共用周波数の無線資源を割り当てる無線資源割り当て決定部と、
を備える無線基地局。
【請求項２】
請求項１に記載の無線基地局であって、
前記無線資源割り当て決定部は、前記占有周波数における無線資源の総量が前記第１のトラフィックの総量よりも大きい場合、前記第２のトラフィックの一部に前記占有周波数の無線資源を割り当てる、無線基地局。
【請求項３】
請求項１に記載の無線基地局であって、
前記無線資源割り当て決定部は、前記第１のトラフィックの総量が前記占有周波数における無線資源の総量よりも大きい場合、前記第１のトラフィックの一部に前記共用周波数の無線資源を割り当てる、無線基地局。
【請求項４】
請求項１に記載の無線基地局であって、
前記共用周波数の無線資源を使用可能であるか否かを判断する共用周波数使用可否判断部を備え、
前記無線資源割り当て決定部は、前記共用周波数使用可否判断部の判断結果に基づき、前記共用周波数の無線資源が使用可能である場合は前記第２のトラフィックに前記共用周波数の無線資源を割り当てる、無線基地局。
【請求項５】
請求項１に記載の無線基地局であって、
前記共用周波数を使用して通信を行う第１の無線通信端末と、前記共用周波数を使用できない第２の無線通信端末とのそれぞれと並列的に通信を行う際に、
前記無線資源割り当て決定部は、前記第１のトラフィックの総量が前記占有周波数における無線資源の総量よりも大きい場合、前記第２の無線通信端末に対する前記第１のトラフィックに前記占有周波数の無線資源を優先的に割り当て、前記第１の無線通信端末に対する前記第１のトラフィックに前記共用周波数の無線資源を割り当てる、無線基地局。
【請求項６】
請求項１に記載の無線基地局であって、
前記無線通信部は、前記無線資源割り当て決定部にて決定された下り回線の無線資源割り当て情報に基づき、前記無線通信端末への送信データに割り当てられた無線資源を使用した送信信号を出力する無線送信部を有する、無線基地局。
【請求項７】
無線通信システムにおいて使用される無線通信端末であって、
当該無線通信システムに割り当てられた占有周波数に加えて、ホワイトスペースを利用した共用周波数を使用して、当該無線通信端末に接続される無線基地局と通信を行う無線通信部を備え、
前記無線通信部は、前記無線基地局との通信が行われるトラフィックが、帯域保証がなされた第１のトラフィックと、帯域保証がなされていない第２のトラフィックとを含む場合、前記第１のトラフィックに前記占有周波数の無線資源を優先的に割り当てるように、かつ前記第２のトラフィックに前記共用周波数の無線資源を割り当てるように、前記無線基地局への送信データに割り当てられた無線資源を使用した送信信号を出力する無線送信部を有する無線通信端末。
【請求項８】
請求項７に記載の無線通信端末であって、
前記無線送信部は、前記占有周波数における無線資源の総量が前記第１のトラフィックの総量よりも大きい場合、前記占有周波数の無線資源を使用して前記第２のトラフィックの一部を送信する、無線通信端末。
【請求項９】
請求項７に記載の無線通信端末であって、
前記無線送信部は、前記第１のトラフィックの総量が前記占有周波数における無線資源の総量よりも大きい場合、前記共用周波数の無線資源を使用して前記第１のトラフィックの一部を送信する、無線通信端末。
【請求項１０】
請求項７に記載の無線通信端末であって、
前記無線通信部は、前記無線基地局から報知される上り回線の無線資源割り当て情報を取得し、この無線資源割り当て情報に基づいて前記第１のトラフィック及び前記第２のトラフィックに関する無線資源の割り当てを行う、無線通信端末。
【請求項１１】
請求項７に記載の無線通信端末であって、
前記共用周波数の無線資源を使用可能であるか否かを判断する共用周波数使用可否判断部を備え、
前記無線送信部は、前記共用周波数使用可否判断部の判断結果に基づき、前記共用周波数の無線資源が使用可能である場合は前記第２のトラフィックに前記共用周波数の無線資源を割り当てる、無線通信端末。
【請求項１２】
無線基地局と無線通信端末との間で通信を行う無線通信システムであって、
前記無線基地局は、
前記無線通信端末との間で、当該無線通信システムに割り当てられた占有周波数に加えて、ホワイトスペースを利用した共用周波数を使用して、当該無線基地局に接続される無線通信端末と通信を行う無線通信部と、
前記無線通信端末との通信が行われるトラフィックが、帯域保証がなされた第１のトラフィックと、帯域保証がなされていない第２のトラフィックとを含む場合、前記第１のトラフィックに前記占有周波数の無線資源を優先的に割り当て、前記第２のトラフィックに前記共用周波数の無線資源を割り当てる無線資源割り当て決定部と、を備え、
前記無線通信部は、前記無線資源割り当て決定部にて決定された下り回線の無線資源割り当て情報に基づき、前記無線通信端末への送信データに割り当てられた無線資源を使用した送信信号を出力する無線送信部を有するものであり、
前記無線通信端末は、
当該無線通信システムに割り当てられた占有周波数に加えて、ホワイトスペースを利用した共用周波数を使用して、前記無線基地局と通信を行う無線通信部を備え、
前記無線通信部は、前記無線基地局から報知される上り回線の無線資源割り当て情報に基づき、前記無線基地局への送信データに割り当てられた無線資源を使用した送信信号を出力する無線送信部を有する、無線通信システム。
【請求項１３】
無線基地局と無線通信端末との間で通信を行う無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記無線基地局及び前記無線通信端末が、当該無線通信システムに割り当てられた占有周波数に加えて、ホワイトスペースを利用した共用周波数を使用して通信を行い、前記無線基地局と前記無線通信端末との間で通信が行われるトラフィックが、帯域保証がなされた第１のトラフィックと、帯域保証がなされていない第２のトラフィックとを含む場合、前記第１のトラフィックに前記占有周波数の無線資源を優先的に割り当て、前記第２のトラフィックに前記共用周波数の無線資源を割り当てるステップを含む、無線通信方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の無線通信システムにおける通信管理方法であって、
前記無線基地局と接続されるコアネットワークに設けられる通信管理部において、
前記無線通信端末の無線通信に関する通信料金として、前記占有周波数の無線資源を使用した通信量と、前記共有周波数の無線資源を使用した通信量とで、異なる重み付けによって通信料金を算出するステップを含む、通信管理方法。
【請求項１５】
無線通信システムに設けられる無線基地局であって、
当該無線通信システムに割り当てられた占有周波数に加えて、ホワイトスペースを利用した共用周波数を使用して通信を行う無線通信部と、
前記無線通信部により通信が行われるトラフィックが、帯域保証がなされた第１のトラフィックと、帯域保証がなされていない第２のトラフィックとを含む場合、前記第１のトラフィックに前記占有周波数の無線資源を優先的に割り当て、前記第２のトラフィックに前記共用周波数の無線資源を割り当てる無線資源割り当て決定部と、
を備える無線基地局。
【請求項１６】
無線基地局が通信を行う無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記無線基地局が、当該無線通信システムに割り当てられた占有周波数に加えて、ホワイトスペースを利用した共用周波数を使用して通信を行い、前記無線基地局により通信が行われるトラフィックが、帯域保証がなされた第１のトラフィックと、帯域保証がなされていない第２のトラフィックとを含む場合、前記第１のトラフィックに前記占有周波数の無線資源を優先的に割り当て、前記第２のトラフィックに前記共用周波数の無線資源を割り当てるステップを含む、無線通信方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の無線基地局であって、
前記無線資源割り当て決定部は、前記占有周波数における無線資源の総量に基づいて、前記第２のトラフィックの一部に前記占有周波数の無線資源を割り当てる、もしくは前記第１のトラフィックの一部に前記共用周波数の無線資源を割り当てる、無線基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線基地局と無線通信端末との間で通信を行う無線通信システム、及びその無線基地局、無線通信端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動通信網を構築して携帯電話等の移動通信サービスを実施するなど、各種通信サービスを提供する通信事業者は、無線通信回線を利用する場合、割り当てられた周波数においてのみ周波数の利用が許可されている。このため、通信量が増大している近年の状況に対して、割り当てられた周波数を最大限に有効利用することが望まれる。
【０００３】
割り当て周波数の有効利用の例として、例えば、特許文献１に開示されている帯域変更方法がある。この帯域変更方法は、周波数帯域における各チャネルの占有率と空き帯域幅とに基づいて、上りデータ通信用と下りデータ通信用のそれぞれの周波数帯域の割り当てを制御し、上り周波数帯域と下り周波数帯域の有効利用を図るものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１１８８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一例として、複数箇所に無線基地局を配置して移動通信網を構成する無線通信システムにおいて、通信事業者が１つの無線基地局に接続される多数のユーザに周波数資源を分割して割り当てる場合を想定する。この際、ユーザごとに最低のスループットの保証を行うことは、同時接続させるユーザ数の低減につながり、最低保証スループットの提供と同時接続ユーザ数の拡大の両立は困難であった。このため、最低保証スループットを設定したいような応用分野が実用化されにくい実態が存在した。
【０００６】
上記特許文献１の例は、割り当て周波数帯域内における有効利用を図るものであり、割り当てられた周波数帯域の範囲においては対応が可能である。しかし、割り当て周波数帯域に空き帯域幅が無い場合は、上記の最低保証スループットの提供と同時接続ユーザ数の拡大の両立は困難である。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、無線通信において現在の割り当て周波数の帯域幅に制限されることなく、状況に応じて最大限にスループットと同時接続ユーザ数とを確保可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、無線通信システムに設けられる無線基地局であって、当該無線通信システムに割り当てられた占有周波数に加えて、ホワイトスペースを利用した共用周波数を使用して、当該無線基地局に接続される無線通信端末と通信を行う無線通信部と、前記無線通信端末との通信が行われるトラフィックが、帯域保証がなされた第１のトラフィックと、帯域保証がなされていない第２のトラフィックとを含む場合、前記第１のトラフィックに前記占有周波数の無線資源を割り当て、前記第２のトラフィックに前記共用周波数の無線資源を割り当てる無線資源割り当て決定部と、を備える無線基地局を提供する。
【０００９】
本発明は、無線通信システムにおいて使用される無線通信端末であって、当該無線通信システムに割り当てられた占有周波数に加えて、ホワイトスペースを利用した共用周波数を使用して、当該無線通信端末に接続される無線基地局と通信を行う無線通信部を備え、前記無線通信部は、前記無線基地局との通信が行われるトラフィックが、帯域保証がなされた第１のトラフィックと、帯域保証がなされていない第２のトラフィックとを含む場合、前記第１のトラフィックに前記占有周波数の無線資源を割り当てるように、かつ前記第２のトラフィックに前記共用周波数の無線資源を割り当てるように、前記無線基地局への送信データに割り当てられた無線資源を使用した送信信号を出力する無線送信部を有する無線通信端末を提供する。
【００１０】
上記構成により、占有周波数に加えて、ホワイトスペースを利用した共用周波数を使用して、無線通信において現在の割り当て周波数の帯域幅に制限されることなく、状況に応じて最大限にスループットと同時接続ユーザ数とを確保することが可能になる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、無線通信において現在の割り当て周波数の帯域幅に制限されることなく、状況に応じて最大限にスループットと同時接続ユーザ数とを確保することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る無線通信システムの概略構成を示すブロック図
【図２】本実施形態の無線通信システムの基地局における無線資源割り当て方法を説明する図
【図３】本実施形態の基地局における無線資源割り当ての手順を示すフローチャート
【図４】本実施形態の無線通信システムにおける基地局及び端末の機能的構成を示すブロック図
【図５】本実施形態の無線通信システムにおける基地局と端末間の上り回線でのデータの授受を示す動作説明図
【図６】本実施形態の無線通信システムにおける基地局と端末間の下り回線でのデータの授受を示す動作説明図
【図７】各端末のＧＴ及びＮＴと使用可能なＳＲＲのリソース量の例を示す図
【図８】各端末のＧＴ及びＮＴのＤＲＲまたはＳＲＲへの割り当て例を示す図
【図９】無線通信システムを運用する通信事業者への割り当て周波数とホワイトスペース、これらの無線資源に対する複数のユーザ（端末）の無線資源割り当てを模式的に示した図
【図１０】比較例の基地局における無線資源割り当ての手順を示すフローチャート
【図１１】比較例における各端末のＧＴ及びＮＴのＤＲＲへの割り当て例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の実施形態では、複数箇所に無線基地局を配置して移動通信網を構成する無線通信システムにおける、無線基地局（以下、単に「基地局」とも称する）と無線通信端末（以下、単に「端末」とも称する）との間の通信を一例として、無線通信システムの構成及び無線資源の利用方法について説明する。
【００１４】
本実施形態では、無線通信において、他の目的で割り当てられている周波数のうちの未利用状態の周波数である、いわゆるホワイトスペースを利用し、無線資源（radio resource）の割り当てを行う。ホワイトスペースとは、放送用などのある目的のために割り当てられているが(特定周波数帯の利用免許が与えられているが)、時間的・地理的・技術的な条件によって他の目的にも利用可能な周波数（つまり使用されていない周波数）をいう。例えば、放送用チャネルのうち、ある地域において放送用に使用されていない空きチャネルなどが挙げられる。具体的には、米国におけるＭＨｚ帯（５４−６０ＭＨｚ、７６−８８ＭＨｚ、１７４−２１６ＭＨｚ、４７０−６０８ＭＨｚ、６１４−６９８ＭＨｚ、５１２−０８ＭＨｚ）、日本におけるＭＨｚ帯（ＶＨＦ帯として、９０−１０８ＭＨｚ、１７０−２２２ＭＨｚ、およびＵＨＦ帯として、７１０−７７０ＭＨｚ）がある。
【００１５】
ホワイトスペースについては、特定地域・特定期間における放送に用いるエリアワンセグ、あるいは、特定位置・特定期間における広告サービスに用いるデジタルサイネージなど、種々の利用方法が提案されている。しかし、これらの利用方法は、特定用途向きの無線通信システムを構築する投資上の課題や、ホワイトスペースの周波数が使用を保証されたものではないという課題があると考えられる。そこで、本実施形態では、特にセルラーシステムの移動通信網を構成する無線通信システムにおいて、基地局と端末間の無線通信にホワイトスペースを利用し、無線資源の有効利用を図るようにする。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る無線通信システムの概略構成を示すブロック図である。本実施形態の無線通信システムは、移動通信網のコアネットワーク１０に接続される基地局１１と、基地局１１との間で無線通信を行う端末として、ホワイトスペースを使用可能なＡ端末２１とホワイトスペース使用不可のＢ端末２２とを有する。ここで、Ａ端末２１は、Ａ端末２１−１〜２１−ａのａ台あるものとし、Ｂ端末２２は、Ｂ端末２２−１〜２２−ｂのｂ台あるものとする。なお、無線通信端末は、ある基地局１１の配下にＡ端末２１のみが存在する場合も想定される。
【００１７】
Ａ端末２１は、ホワイトスペースにおける共用周波数を使用可能な機能を、Ｂ端末２２に対する追加機能として有するアドバンスド端末である。Ｂ端末２２は、当該無線通信システム（実質的には通信相手の無線基地局）に割り当てられた占有周波数のみを使用可能であり、ホワイトスペースにおける共用周波数を使用する機能を持たないレガシー端末である。
【００１８】
Ａ端末２１は、共用周波数を使用可能な機能として、以下の機能を有している。
（１）共用周波数の使用可否情報の検出機能
（２）共用周波数の使用可否情報の基地局への報告機能
（３）共用周波数の割り当てを受けてこれを使用しての送受信機能
（４）共用周波数と占有周波数の両方の割り当てを受けてこれらを使用しての送受信機能
なお、Ａ端末２１は、上記（１）〜（４）の全ての機能を持つもの、あるいは、上記（１）（２）（３）のみの機能を持つもの、のいずれであってもよい。
【００１９】
次に、本実施形態の無線通信システムの基地局における無線資源割り当て方法について説明する。図２は、本実施形態の無線通信システムの基地局における無線資源割り当て方法を説明する図である。以下では、無線通信システムにおいて、最低のスループットの保証（帯域保証）がなされた通信用のトラフィックをＧＴ（Guaranteed Traffic）、帯域保証がなされていない通信用のトラフィックをＮＴ（Non-Guaranteed Traffic）と呼ぶことにする。なお、トラフィックとは、一般に、通信路または通信量の意味を有するが、ＧＴ，ＮＴは、通信路を意味する。ここで、ＧＴが帯域保証がなされた第１のトラフィック、ＮＴが帯域保証がなされていない第２のトラフィックにそれぞれ相当する。また、当該無線通信システム（実質的には自局の無線基地局）に割り当てられた占有周波数における無線資源をＤＲＲ（Dedicated Radio Resource）、ホワイトスペースの共用周波数における無線資源をＳＲＲ（Shared Radio Resource）と呼ぶことにする。
【００２０】
ＧＴの例としては、伝送データにおいて、会話型通信用の音声データまたは映像データ、対話型通信用の送受信データ（商取引の各種情報データ等）など、即時のデータ伝送が要求される優先度の高いデータが挙げられる。ＮＴの例としては、ウェブアクセス時の送受信データ、ファイルトランスファー（FTP）用の転送データ、バックグラウンドで行う通信データなど、必ずしも即時のデータ伝送が要求されない優先度の低いデータが挙げられる。また、映像データにおいて、H.264/SVC（Scalable Video Coding）などの階層化符号化を行う場合に、上位階層の重要データをＧＴとし、下位階層の他のデータをＮＴとしてもよい。
【００２１】
図２において、「優先割当」はＧＴ，ＮＴの各トラフィックを優先的に割り当てるリソースを示し、「割当可能」は各トラフィックを割り当て可能なリソースを示し、「割当不可」は各トラフィックを割り当て不可のリソースを示している。ここで、図２におけるＳＲＲは、それぞれのＡ端末毎に使用可能なＳＲＲを意味する。
【００２２】
基地局１１は、通信相手がＡ端末２１の場合、ＧＴをＤＲＲに割り当て、ＮＴをＳＲＲに割り当てる。また、基地局１１は、ＧＴについては、ＤＲＲが満杯の場合、ＳＲＲに割り当てることも可能である。また、ＤＲＲが空いていても、ＧＴとＮＴを共にＳＲＲで送受信させる場合は、ＧＴ及びＮＴをＳＲＲに割り当ててもよい。
【００２３】
基地局１１は、通信相手がＢ端末２２の場合、ＧＴをＤＲＲに割り当てる。また、ＤＲＲに余裕がある場合は、基地局１１は、ＮＴをＤＲＲに割り当て可能である。Ｂ端末２２の場合は、ＳＲＲを使用できないため、ＳＲＲにはＧＴ及びＮＴを割り当て不可である。
【００２４】
このようにして、基地局は、各端末に対して占有周波数及び共用周波数における無線資源の割り当てを行い、共用周波数を使用可能な端末には共用周波数を使用するようにする。
【００２５】
図３は、本実施形態の基地局における無線資源割り当ての手順を示すフローチャートである。ここでは、所定時間の区間＃ｉ（ｉは任意の整数）における無線資源割り当て手順について説明する。
【００２６】
基地局１１は、まず、自局へ接続中の全端末のＧＴ及びＮＴの分析と、Ａ端末のＳＲＲ使用可能状況の分析を行う（ステップＳ１１）。この際、基地局１１は、接続されている各端末において必要とされるＧＴとＮＴを全ての端末について把握し、Ａ端末については、使用可能なＳＲＲの周波数、リソース量などの状況について把握する。
【００２７】
次に、基地局１１は、各端末に割り当て可能なＤＲＲのリソース量が、全端末のＧＴの総量より大きいかどうか（ＤＲＲ＞ΣＧＴ）を判定する（ステップＳ１２）。例えば、無線資源が周波数帯域の場合、ＤＲＲとして割り当て可能な全ての周波数帯域が、全端末の周波数帯域の総量より大きいか否かを判定する。また、チャネル数では、ＤＲＲとして割り当て可能な全てのチャネル数が、全端末のチャネル総数より多いか否かを判定する。ＤＲＲがΣＧＴより大きい場合は（ステップＳ１２のＹＥＳ）、基地局１１は全ての端末のＧＴにＤＲＲを割り当てる（ステップＳ１３）。そして、ＤＲＲに余裕があれば、基地局１１はＮＴの一部または全部にＤＲＲを割り当てる（ステップＳ１４）。
【００２８】
一方、ＤＲＲがΣＧＴより小さい場合は、（ステップＳ１２のＮＯ）基地局１１はＳＲＲの使用が可能な端末のＧＴにはＳＲＲを割り当てる（ステップＳ１５）。そして、基地局１１はＤＲＲにその他の端末のＧＴ（ＳＲＲに割り当てたもの以外のＧＴ）を割り当てる（ステップＳ１６）。この際、ＤＲＲとの大小関係によって、ＧＴの一部（割り当てられた残り）は無線資源割り当て不可の可能性がある（ステップＳ１７）。なお、通常は各端末の基地局への接続時に受付制御（admission control）を行うため、ＤＲＲがΣＧＴより小さくなるのはイレギュラーな場合である。
【００２９】
ステップＳ１４またはステップＳ１７の後、基地局１１は、ＳＲＲの使用が可能である端末のＮＴにはＳＲＲを割り当てる。その他の端末のＮＴの残りは無線資源割り当て不可となる（ステップＳ１８）。以上で区間＃ｉにおける無線資源割り当て処理を終了する。
【００３０】
本実施形態では、基地局は、ＧＴについてはできる限りＤＲＲを割り当てる。ＧＴの総量（ΣＧＴ）がＤＲＲのリソース量を越えている場合には、ＳＲＲを使用可能なＡ端末のＧＴにはＳＲＲを割り当て、残りのＧＴにはＤＲＲをできる限り割り当てる。それでも残るＧＴには無線資源割り当てができないこととする。また、ＧＴにＤＲＲを割り当てた後にＤＲＲが余っている場合には、ＮＴについてもできる限りＤＲＲを割り当てる。ここで、ＤＲＲの割り当てができないＮＴに対しては、ＳＲＲが割り当て可能であればＳＲＲを割り当てる。それでも残るＮＴには無線資源割り当てができないこととする。
【００３１】
次に、本実施形態の無線通信システムにおける基地局及び端末の機能的構成、及びこれらの具体的な動作について説明する。図４は、本実施形態の無線通信システムにおける基地局及び端末の機能的構成を示すブロック図である。
【００３２】
ＳＲＲの使用が可能な端末であるＡ端末２１は、トラフィック量判定部２１１、送信パケット生成部２１２、無線送信部２１３、送信アンテナ２１４、受信アンテナ２１５、無線受信部２１６、受信パケット復号部２１７、モニタアンテナ２１８、及びＳＲＲ使用可否情報生成部２１９を備えている。ここで、無線送信部２１３及び無線受信部２１６が無線通信部として機能する。
【００３３】
モニタアンテナ２１８は、周囲環境の電波を受信し、その受信信号をＳＲＲ使用可否情報生成部２１９に出力する。ＳＲＲ使用可否情報生成部２１９は、所定の周波数帯域をスキャンして所定の受信電力以上（例えば、−１０４ｄＢｍ／６ＭＨｚ以上）の電波が存在するかを検出し、使用可能なホワイトスペースの有無を判定する。ＳＲＲ使用可否情報生成部２１９は、ホワイトスペースの有無の判定によって、上り回線と下り回線のそれぞれのＳＲＲの使用可否を示す上りＳＲＲ使用可否情報と下りＳＲＲ使用可否情報とを出力する。このような使用可能なＳＲＲの検出処理は、例えば１時間毎など、ある程度の時間間隔をおいた所定の時間単位で実行する。
【００３４】
ここでは、所定時間である＃ｉ区間のデータ送信を現在行うものとする。一つ前の区間は＃ｉ−１区間、次の区間は＃ｉ＋１区間となる。受信パケット復号部２１７では、基地局１１との間に確立された無線回線の下り回線にて伝送される前回の＃ｉ−１区間の受信パケットの復号を行い、＃ｉ区間の上り無線資源割り当て情報と下り無線資源割り当て情報とを取得している。＃ｉ区間の上り無線資源割り当て情報は無線送信部２１３に出力され、＃ｉ区間の下り無線資源割り当て情報は無線受信部２１６に出力される。
【００３５】
トラフィック量判定部２１１は、＃ｉ＋１区間の上り送信データを入力し、次の区間のＧＴ及びＮＴのトラフィック量を判定する。そして、トラフィック量判定部２１１は、現在の＃ｉ区間の上り送信データとともに、次の＃ｉ＋１区間のＧＴとＮＴのそれぞれのトラフィック量を示す＃ｉ＋１区間上りトラフィック情報を出力する。
【００３６】
送信パケット生成部２１２は、＃ｉ区間の上り送信データとともに、＃ｉ＋１区間上りトラフィック情報、上りＳＲＲ使用可否情報及び下りＳＲＲ使用可否情報を含む送信パケットを生成し、無線送信部２１３に出力する。無線送信部２１３は、符号化部、周波数変換部、変調部、送信ＲＦ部等を有して構成され、送信パケット生成部２１２で生成された送信パケットからＲＦ帯の送信信号を生成する。送信アンテナ２１４は、無線送信部２１３から出力される送信信号を送信する。この際、無線送信部２１３は、受信パケット復号部２１７から入力される＃ｉ区間の上り無線資源割り当て情報に基づき、自端末の送信データに割り当てられた所定の無線資源を使用した送信信号を出力する。ここで、無線送信部２１３は、上りＳＲＲ使用可否情報に基づき上り回線のＳＲＲ使用可否を判断する共用周波数使用可否判断部の機能を備えている。送信アンテナ２１４から送出される送信信号は、基地局１１との間に確立された無線回線の上り回線にて伝送され、その伝送信号が基地局１１に受信される。
【００３７】
上記のように、ＳＲＲの使用可否は、端末にて判定して上り及び下りのＳＲＲ使用可否情報を生成し、上り回線の制御信号の一部として基地局に報告する。また、上り回線のトラフィック量は、端末にて分析、判定を行って上りトラフィック情報を生成し、上り回線の制御信号の一部として基地局に報告する。
【００３８】
受信アンテナ２１５は、基地局１１との間に確立された無線回線の下り回線にて伝送された伝送信号を受信し、その受信信号を無線受信部２１６に出力する。無線受信部２１６は、受信ＲＦ部、復調部、周波数変換部、復号部等を有して構成され、受信アンテナ２１５を介して受信したＲＦ帯の受信信号から受信パケットを取得する。この際、無線受信部２１６は、受信パケット復号部２１７から入力される＃ｉ区間の下り無線資源割り当て情報に基づき、自端末に割り当てられた所定の無線資源における受信信号を取得する。受信パケット復号部２１７は、取得した受信パケットの復号を行い、＃ｉ区間の下り受信データとともに、次の＃ｉ＋１区間の上り無線資源割り当て情報と下り無線資源割り当て情報を出力する。
【００３９】
基地局１１は、受信アンテナ１１１、無線受信部１１２、受信パケット復号部１１３、上り無線資源割り当て決定部１１４、下り無線資源割り当て決定部１１５、トラフィック量判定部１１６、送信パケット生成部１１７、無線送信部１１８、及び送信アンテナ１１９を備えている。ここで、無線受信部１１２及び無線送信部１１８が無線通信部として機能する。
【００４０】
受信アンテナ１１１は、Ａ端末２１との間に確立された無線回線の上り回線にて伝送された伝送信号を受信し、その受信信号を無線受信部１１２に出力する。無線受信部１１２は、受信ＲＦ部、復調部、周波数変換部、復号部等を有して構成され、受信アンテナ１１１を介して受信したＲＦ帯の受信信号から受信パケットを取得する。なお、Ａ端末２１との間の上り回線にて前回伝送された＃ｉ−１区間の受信信号に基づき、上り無線資源割り当て決定部１１４では、＃ｉ区間の上り無線資源割り当て情報を決定し、無線受信部１１２に出力している。よって、＃ｉ区間では、無線受信部１１２は、上り無線資源割り当て決定部１１４から入力される＃ｉ区間の上り無線資源割り当て情報に基づき、送信元のＡ端末２１に割り当てられた所定の無線資源における受信信号を取得する。
【００４１】
受信パケット復号部１１３は、取得した受信パケットの復号を行い、＃ｉ区間の上り受信データとともに、＃ｉ＋１区間上りトラフィック情報、上りＳＲＲ使用可否情報及び下りＳＲＲ使用可否情報を出力する。ここで、＃ｉ＋１区間上りトラフィック情報及び上りＳＲＲ使用可否情報は上り無線資源割り当て決定部１１４に入力され、下りＳＲＲ使用可否情報は下り無線資源割り当て決定部１１５に入力される。
【００４２】
上り回線の無線資源割り当て決定部である上り無線資源割り当て決定部１１４は、受信パケット復号部１１３から入力される＃ｉ＋１区間上りトラフィック情報と上りＳＲＲ使用可否情報とに基づき、次の＃ｉ＋１区間の上り回線の無線資源の割り当てを決定する。ここで、上り無線資源割り当て決定部１１４は、上りＳＲＲ使用可否情報に基づき上り回線のＳＲＲ使用可否を判断する共用周波数使用可否判断部の機能を備えている。そして、上り無線資源割り当て決定部１１４は、＃ｉ＋１区間の上り無線資源割り当て情報を通信パケット生成部１１７に出力する。
【００４３】
トラフィック量判定部１１６は、＃ｉ＋１区間の下り送信データを入力し、次の区間のＧＴ及びＮＴのトラフィック量を判定する。そして、トラフィック量判定部１１６は、現在の＃ｉ区間の下り送信データとともに、次の＃ｉ＋１区間のＧＴとＮＴのそれぞれのトラフィック量を示す＃ｉ＋１区間下りトラフィック情報を出力する。
【００４４】
下り回線の無線資源割り当て決定部である下り無線資源割り当て決定部１１５は、トラフィック量判定部１１６から入力される＃ｉ＋１区間下りトラフィック情報と受信パケット復号部１１３から入力される下りＳＲＲ使用可否情報とに基づき、次の＃ｉ＋１区間の下り回線の無線資源の割り当てを決定する。ここで、下り無線資源割り当て決定部１１５は、下りＳＲＲ使用可否情報に基づき下り回線のＳＲＲ使用可否を判断する共用周波数使用可否判断部の機能を備えている。そして、下り無線資源割り当て決定部１１５は、＃ｉ＋１区間の下り無線資源割り当て情報を通信パケット生成部１１７に出力する。なお、Ａ端末２１との間の上り回線にて前回伝送された＃ｉ−１区間の受信信号に基づき、下り無線資源割り当て決定部１１５では、＃ｉ区間の下り無線資源割り当て情報を決定し、無線送信部１１８に出力している。
【００４５】
送信パケット生成部１１７は、＃ｉ区間の下り送信データとともに、＃ｉ＋１区間の上り無線資源割り当て情報及び下り無線資源割り当て情報を含む送信パケットを生成し、無線送信部１１８に出力する。無線送信部１１８は、符号化部、周波数変換部、変調部、送信ＲＦ部等を有して構成され、送信パケット生成部１１７で生成された送信パケットからＲＦ帯の送信信号を生成する。送信アンテナ１１９は、無線送信部１１８から出力される送信信号を送信する。この際、無線送信部１１８は、下り無線資源割り当て決定部１１５から入力される＃ｉ区間の下り無線資源割り当て情報に基づき、自局の送信データに割り当てられた所定の無線資源を使用した送信信号を出力する。送信アンテナ１１９から送出される送信信号は、Ａ端末２１との間に確立された無線回線の下り回線にて伝送され、その伝送信号がＡ端末２１に受信される。
【００４６】
上記のように、下り回線のトラフィック量は、基地局にて分析、判定を行って下りトラフィック情報を生成する。また、上り回線と下り回線のそれぞれの無線資源割り当ては、基地局において、端末から報告された上り及び下りのＳＲＲ使用可否情報、上りトラフィック情報、並びに、自局が生成した下りトラフィック情報に基づいて決定し、上り無線資源割り当て情報及び下り無線資源割り当て情報を生成する。ここで、上り回線と下り回線のそれぞれがどのような無線資源割り当てとなっているかを示す上り無線資源割り当て情報及び下り無線資源割り当て情報は、１つ未来（＃ｉ＋１区間）の分を、現在（＃ｉ区間）の下り回線の制御信号の一部として各端末に報知する。
【００４７】
なお、基地局１１は、Ａ端末２１、Ｂ端末２２などの他の端末との間でもそれぞれ並列的に無線通信を行っている。
【００４８】
図５は、本実施形態の無線通信システムにおける基地局と端末間の上り回線でのデータの授受を示す動作説明図である。ここでは、端末はＳＲＲの使用が可能なＡ端末である場合を説明する。
【００４９】
端末＃ｊ（ｊは任意の整数）は、ＳＲＲ使用可否情報生成部２１９により、使用可能なホワイトスペースの有無の判定によって上り回線用のＳＲＲの使用可否を検出する。そして、端末＃ｊは、＃ｉ区間以前の最新ＳＲＲ情報報告タイミングにて、基地局に対して上り回線用のＳＲＲ情報（上りＳＲＲ使用可否情報）を報告する。基地局は、端末＃ｊからの上りＳＲＲ使用可否情報を受信し、各端末にて使用可能な上り回線用のＳＲＲ情報を収集する。ＳＲＲ情報報告タイミングは、例えば１時間毎、１日毎などの時間間隔で行う。
【００５０】
その後、端末＃ｊは、＃ｉ−１区間において、トラフィック量判定部２１１により、次の＃ｉ区間の上り回線のトラフィック量を判定する。そして、端末＃ｊは、基地局に対して＃ｉ区間の上り回線のＧＴ及びＮＴを示すトラフィック量情報（＃ｉ区間上りトラフィック情報）を報告する。基地局は、端末＃ｊからの＃ｉ区間上りトラフィック情報を受信し、各端末にて必要とされる＃ｉ区間の上り回線用のＧＴ，ＮＴの情報を収集する。
【００５１】
そして、基地局は、上り無線資源割り当て決定部１１４により、ＤＲＲ＞ΣＧＴの判定を行い、各端末への上り回線の無線資源割り当てとして、ＤＲＲ及びＳＲＲの割り当てを決定する。また、基地局は、各端末に対して、＃ｉ区間の上り回線のＧＴ及びＮＴへのＤＲＲまたはＳＲＲの割り当て情報（＃ｉ区間上り無線資源割り当て情報）を報知する。
【００５２】
次に、端末＃ｊは、無線送信部２１３により、＃ｉ区間の上り送信データについて、基地局から通知された＃ｉ区間上り無線資源割り当て情報に応じて、各パケットへの無線資源割り当てを行う。そして、端末＃ｊは、＃ｉ区間において、基地局へ上り送信データを送信する。基地局は、＃ｉ区間上り無線資源割り当て情報に基づき、端末＃ｊから送信された上り送信データを受信する。
【００５３】
この＃ｉ区間において、端末＃ｊは、トラフィック量判定部２１１により、次の＃ｉ＋１区間の上り回線のトラフィック量を判定する。そして、端末＃ｊは、基地局に対して＃ｉ＋１区間の上り回線のＧＴ及びＮＴを示すトラフィック量情報（＃ｉ＋１区間上りトラフィック情報）を報告する。基地局は、端末＃ｊからの＃ｉ＋１区間上りトラフィック情報を受信し、各端末にて必要とされる＃ｉ＋１区間の上り回線用のＧＴ，ＮＴの情報を収集する。
【００５４】
以上の動作（図５中破線で囲まれた処理手順Ｐｕ）を、＃ｉ＋１区間以降も同様に繰り返す。なお、図５では、＃ｉ区間での決定を＃ｉ＋１区間に反映させるという説明であるが、反映させる区間は必ずしも１つだけ先行させる（＃ｉ＋１区間とする）必要性はなく、２つ先行させる（＃ｉ＋２区間とする）、あるいは３つ先行させる（＃ｉ＋３区間とする）ことも可能である。
【００５５】
図６は、本実施形態の無線通信システムにおける基地局と端末間の下り回線でのデータの授受を示す動作説明図である。ここでは、端末はＳＲＲの使用が可能なＡ端末である場合を説明する。
【００５６】
端末＃ｊ（ｊは任意の整数）は、ＳＲＲ使用可否情報生成部２１９により、使用可能なホワイトスペースの有無の判定によって下り回線用のＳＲＲの使用可否を検出する。そして、端末＃ｊは、＃ｉ区間以前の最新ＳＲＲ情報報告タイミングにて、基地局に対して下り回線用のＳＲＲ情報（下りＳＲＲ使用可否情報）を報告する。基地局は、端末＃ｊからの下りＳＲＲ使用可否情報を受信し、各端末にて使用可能な下り回線用のＳＲＲ情報を収集する。ＳＲＲ情報報告タイミングは、例えば１時間毎、１日毎などの時間間隔で行う。
【００５７】
その後、基地局は、＃ｉ−１区間において、トラフィック量判定部１１６により、次の＃ｉ区間の下り回線のトラフィック量を判定する。この際、基地局は、各端末にて必要とされる＃ｉ区間の下り回線のＧＴ及びＮＴを示すトラフィック量情報（＃ｉ区間下りトラフィック情報）を生成する。
【００５８】
そして、基地局は、下り無線資源割り当て決定部１１５により、ＤＲＲ＞ΣＧＴの判定を行い、各端末への下り回線の無線資源割り当てとして、ＤＲＲ及びＳＲＲの割り当てを決定する。そして、基地局は、各端末に対して、＃ｉ区間の下り回線のＧＴ及びＮＴへのＤＲＲまたはＳＲＲの割り当て情報（＃ｉ区間下り無線資源割り当て情報）を報知する。
【００５９】
次に、基地局は、無線送信部１１８により、＃ｉ区間の下り送信データについて、＃ｉ区間下り無線資源割り当て情報に応じて、各パケットへの無線資源割り当てを行う。そして、基地局は、＃ｉ区間において、端末＃ｊへ下り送信データを送信する。端末＃ｊは、＃ｉ区間下り無線資源割り当て情報に基づき、基地局から送信された下り送信データを受信する。
【００６０】
この＃ｉ区間において、基地局は、トラフィック量判定部１１６により、次の＃ｉ＋１区間の下り回線のトラフィック量を判定し、各端末にて必要とされる＃ｉ＋１区間の下り回線のＧＴ及びＮＴを示すトラフィック量情報（＃ｉ＋１区間下りトラフィック情報）を生成する。
【００６１】
以上の動作（図６中破線で囲まれた処理手順Ｐｄ）を、＃ｉ＋１区間以降も同様に繰り返す。なお、図６では、＃ｉ区間での決定を＃ｉ＋１区間に反映させるという説明であるが、反映させる区間は必ずしも１つだけ先行させる（＃ｉ＋１区間とする）必要性はなく、２つ先行させる（＃ｉ＋２区間とする）、あるいは３つ先行させる（＃ｉ＋３区間とする）ことも可能である。
【００６２】
次に、本実施形態の無線通信システムにおける、各端末への無線資源の割り当てとして、各端末の通信用のトラフィックＧＴ及びＮＴに関する無線資源ＤＲＲまたはＳＲＲへの割り当ての一例を説明する。図７は、各端末のＧＴ及びＮＴと使用可能なＳＲＲのリソース量の例を示す図、図８は、各端末のＧＴ及びＮＴのＤＲＲまたはＳＲＲへの割り当て例を示す図である。この例では、端末＃１（Ａ端末）、端末＃２（Ａ端末）、端末＃３（Ｂ端末）、端末＃４（Ｂ端末）が基地局に接続されている場合、すなわちＡ端末２台とＢ端末２台の合計４台の端末が基地局と並列的に通信を行う場合を示している。
【００６３】
図７に示すように、当該無線通信システムの基地局に割り当てられた占有周波数における無線資源はＤＲＲ＝１０とする。また、ホワイトスペースの共用周波数にて使用可能な無線資源は、２台のＡ端末のうち、端末＃１は、＃ｉ〜＃ｉ＋３区間においてＳＲＲ＝１０である。一方、端末＃２は、＃ｉ〜＃ｉ＋１区間においてＳＲＲ＝８、＃ｉ＋２〜＃ｉ＋３区間においてＳＲＲ＝０となり、途中でＳＲＲが使用不可になるものとする。Ｂ端末である端末＃３、＃４は、ＳＲＲ使用不可である。
【００６４】
＃ｉ区間では、端末＃１がＧＴ＝３、ＮＴ＝２、端末＃２がＧＴ＝１、ＮＴ＝５、端末＃３がＧＴ＝３、ＮＴ＝４、端末＃４がＧＴ＝０、ＮＴ＝０とする。この＃ｉ区間は、ΣＧＴ＝７、Σ（ＧＴ＋ＮＴ）＝１８となる。
【００６５】
＃ｉ＋１区間では、端末＃１がＧＴ＝３、ＮＴ＝８、端末＃２がＧＴ＝１、ＮＴ＝５、端末＃３がＧＴ＝３、ＮＴ＝２、端末＃４がＧＴ＝０、ＮＴ＝０とする。この＃ｉ＋１区間は、ΣＧＴ＝７、Σ（ＧＴ＋ＮＴ）＝２２となる。
【００６６】
＃ｉ＋２区間では、端末＃１がＧＴ＝３、ＮＴ＝４、端末＃２がＧＴ＝１、ＮＴ＝２、端末＃３がＧＴ＝３、ＮＴ＝９、端末＃４がＧＴ＝４、ＮＴ＝２０とする。この＃ｉ＋２区間は、前の＃ｉ＋１区間まで無かった端末＃４のトラフィックが発生し、ΣＧＴ＝１１、Σ（ＧＴ＋ＮＴ）＝４６となる。
【００６７】
＃ｉ＋３区間では、端末＃１がＧＴ＝３、ＮＴ＝０、端末＃２がＧＴ＝１、ＮＴ＝１０、端末＃３がＧＴ＝３、ＮＴ＝１０、端末＃４がＧＴ＝４、ＮＴ＝１０とする。この＃ｉ＋３区間は、ΣＧＴ＝１１、Σ（ＧＴ＋ＮＴ）＝４１となる。
【００６８】
図２及び図３を用いて説明した本実施形態の無線資源割り当て方法を適用すると、無線資源割り当て結果は図８に示すようになる。
【００６９】
＃ｉ区間では、端末＃１のＧＴ＝３はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝２はＳＲＲに割り当てられる。端末＃２のＧＴ＝１はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝５はＳＲＲに割り当てられる。端末＃３のＧＴ＝３はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝４のうち、ＮＴ＝３はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝１は割り当て不可となる。この場合、ΣＧＴ＝７でＤＲＲ＞ΣＧＴであるので、全てのＧＴをＤＲＲに割り当ててもＤＲＲが３だけ余るため、端末＃３のＮＴのうちの３以内の分はＤＲＲに割り当て可能である。端末＃１、＃２は、各端末で使用可能なＳＲＲがＮＴより大きいので、全てのＮＴをＳＲＲに割り当て可能である。
【００７０】
＃ｉ＋１区間では、端末＃１のＧＴ＝３はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝８はＳＲＲに割り当てられる。端末＃２のＧＴ＝１はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝５はＳＲＲに割り当てられる。端末＃３のＧＴ＝３はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝２はＤＲＲに割り当てられる。この場合もΣＧＴ＝７であり、全てのＧＴをＤＲＲに割り当ててもＤＲＲが３だけ余るため、端末＃３の全てのＮＴがＤＲＲに割り当て可能である。端末＃１、＃２は、各端末で使用可能なＳＲＲがＮＴより大きいので、全てのＮＴをＳＲＲに割り当て可能である。
【００７１】
＃ｉ＋２区間では、端末＃１のＧＴ＝３のうち、ＧＴ＝２はＤＲＲに割り当てられ、ＧＴ＝１はＳＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝４はＳＲＲに割り当てられる。端末＃２のＧＴ＝１はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝２は割り当て不可となる。端末＃３のＧＴ＝３はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝９は割り当て不可となる。端末＃４のＧＴ＝４はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝２０は割り当て不可となる。この場合、ΣＧＴ＝１１でＤＲＲ＜ΣＧＴであるので、ＧＴの一部がＤＲＲに割り当て不可であり、ＤＲＲに割り当てた残りのＧＴ＝１の分は、ＳＲＲが使用可能な端末＃１のＧＴをＳＲＲに割り当てる。端末＃１は、使用可能なＳＲＲがＧＴの割り当て分とＮＴの和より大きいので、全てのＮＴをＳＲＲに割り当て可能である。端末＃２は、使用可能なＳＲＲが０となったため、ＤＲＲに余裕が無いのでＮＴの割り当て不可である。このように、ＤＲＲとＳＲＲの両方を使用して同時に通信している最中に、ＳＲＲが使用不可に変化した場合には、これを検出してホワイトスペースでのＳＲＲを使用した通信を中止する。また、端末＃３、＃４も同様にＮＴの割り当て不可である。
【００７２】
＃ｉ＋３区間では、端末＃１のＧＴ＝３のうち、ＧＴ＝２はＤＲＲに割り当てられ、ＧＴ＝１はＳＲＲに割り当てられる。端末＃２のＧＴ＝１はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝１０は割り当て不可となる。端末＃３のＧＴ＝３はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝１０は割り当て不可となる。端末＃４のＧＴ＝４はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝１０は割り当て不可となる。この場合もΣＧＴ＝１１でＤＲＲ＜ΣＧＴであるので、ＧＴの一部がＤＲＲに割り当て不可であり、ＤＲＲに割り当てた残りのＧＴ＝１の分は、ＳＲＲが使用可能な端末＃１のＧＴをＳＲＲに割り当てる。端末＃２は、使用可能なＳＲＲが０のため、ＤＲＲに余裕が無いのでＮＴの割り当て不可である。また、端末＃３、＃４も同様にＮＴの割り当て不可である。
【００７３】
上述した本実施形態の無線資源割り当て方法によって、基地局と端末間の通信において、端末によって使用可能な場合はホワイトスペースのＳＲＲを使用することで、できるだけ多数の端末のＧＴを割り当てることが可能となる。また、ＳＲＲに余裕がある場合は、使用可能な端末にＮＴを割り当てることで、より大きなスループットを確保できる。この際、各端末が使用を希望するトラフィックの総量が現在の割り当て周波数の帯域幅において不足する場合であっても、割り当て周波数とホワイトスペースの周波数の双方の周波数帯域を使用して通信が可能である。したがって、現在の割り当て周波数の帯域幅に制限されることなく、状況に応じて最大限にスループットと同時接続ユーザ数とを確保可能になる。
【００７４】
図９は、無線通信システムを運用する通信事業者への割り当て周波数とホワイトスペース、これらの無線資源に対する複数のユーザ（端末）の無線資源割り当てを模式的に示した図である。
【００７５】
この場合、割り当て周波数が占有周波数のＤＲＲであり、ホワイトスペースが共有周波数のＳＲＲとなる。Ｎ人のユーザ１〜Ｎ（Ｎ個の端末１〜Ｎ）のそれぞれに対し、最低保証スループットとしてＧＢＲ（Guaranteed Bit Rate）を設定するものとする。このＧＢＲ以下にＧＴが収まるものとし、ここでは簡単のため、ＧＢＲに相当するトラフィックがＧＴであり、残りのトラフィックがＮＴであるものとする。
【００７６】
先に接続された端末に対してＧＢＲを超える分のトラフィック（この場合はＮＴ）まで割り当て周波数のＤＲＲに割り当ててしまうと、ＧＢＲを確保するには同時接続ユーザ数Ｍはかなり小さな数のＭに対してしか不可能になる。これに対し、本実施形態では、ＧＢＲまでのＧＴを優先的に割り当て周波数のＤＲＲに割り当てることで、各端末のＧＴをＤＲＲに割り当て可能な数まで同時接続ユーザ数Ｍを増大することができる。また、ホワイトスペースのＳＲＲを使用可能な端末の場合はＧＴをＳＲＲに割り当てることで、同時接続ユーザ数Ｍをさらに増大できる。また、使用可能な場合はＮＴをＳＲＲに割り当てることで、より大きなスループットを確保できる。ＤＲＲに余裕がある場合は、ＮＴをＤＲＲに割り当てることで、高い通信品質と大きなスループットを確保できる。
【００７７】
次に、本実施形態の無線通信システムにおける通信管理部での通信料金の課金方法について説明する。基地局１１と接続されるコアネットワーク１０には、本無線通信システムの各種制御、システム運用に関する各種処理を行う通信管理部が設けられる。通信管理部では、無線通信システムの各種サービスを提供する通信事業者によって、通信サービスの提供に対する課金処理が行われる。
【００７８】
通信管理部は、端末の無線通信に関する通信料金として、通信量（パケット量など）に応じた従量制の料金とする場合、ＤＲＲ使用分とＳＲＲ使用分とで、異なる重み付けによって通信料金を算定する。例えば、同一の通信量に対して、ＳＲＲ使用分はＤＲＲ使用分に対して小さい重み付けとし、ＳＲＲを使用した分はＤＲＲを使用した場合よりも安い通信料金とする。そして、ＤＲＲ使用分とＳＲＲ使用分とを合計して通信料金を算出する。これにより、ホワイトスペースのＳＲＲを使用可能なＡ端末を使用するユーザは、ＳＲＲを使用した場合に安い通信料金で通信を行うことができ、ＳＲＲを含めて多くの無線資源を利用可能であるので、より高いスループットでの通信が可能となる。
【００７９】
次に、比較例として、ＳＲＲを使用不可のＢ端末のみを有する無線通信システムにおける無線資源割り当て例を説明する。
【００８０】
図１０は、比較例の基地局における無線資源割り当ての手順を示すフローチャートである。ここでは、所定時間の区間＃ｉ（ｉは任意の整数）における無線資源割り当て手順について説明する。
【００８１】
基地局は、まず、自局へ接続中の全端末のＧＴ及びＮＴの分析を行う（ステップＳ５１）。この際、基地局は、接続されている各端末において必要とされるＧＴとＮＴを全ての端末について把握する。
【００８２】
次に、基地局は、各端末に割り当て可能なＤＲＲのリソース量が、全端末のＧＴの総量より大きいかどうか（ＤＲＲ＞ΣＧＴ）を判定する（ステップＳ５２）。ＤＲＲがΣＧＴより大きい場合は、基地局は全ての端末のＧＴにＤＲＲを割り当てる（ステップＳ５３）。そして、ＤＲＲに余裕があれば、基地局はＮＴの一部または全部にＤＲＲを割り当てる（ステップＳ５４）。この際、ＤＲＲとの大小関係によって、ＮＴの一部（割り当てられた残り）は無線資源割り当て不可の可能性がある（ステップＳ５３）。
【００８３】
一方、ＤＲＲがΣＧＴより小さい場合は、基地局はＧＴの一部にＤＲＲを割り当てる（ステップＳ５６）。この場合、ＧＴの一部（割り当てられた残り）は無線資源割り当て不可となる（ステップＳ５７）。また、全てのＮＴは無線資源割り当て不可となる（ステップＳ５８）。なお、通常は各端末の基地局への接続時に受付制御を行うため、ＤＲＲがΣＧＴより小さくなるのはイレギュラーな場合である。
【００８４】
以上で比較例の無線通信システムによる、区間＃ｉにおける無線資源割り当て処理を終了する。
【００８５】
図１１は、比較例における各端末のＧＴ及びＮＴのＤＲＲへの割り当て例を示す図である。この例では、端末＃１、＃２、＃３、＃４の４台のＢ端末が基地局に接続され、通信を行う場合を示している。これらの端末＃１〜＃４はＳＲＲ使用不可である。当該無線通信システムの基地局に割り当てられた占有周波数における無線資源はＤＲＲ＝１０とする。各端末で発生するトラフィック量は図７及び図８に示した本実施形態の割り当て例と同じとする。
【００８６】
この比較例では、図１１に示すように無線資源割り当て結果は以下のようになる。
【００８７】
＃ｉ区間では、端末＃１のＧＴ＝３はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝２はＤＲＲに割り当てられる。端末＃２のＧＴ＝１はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝５のうち、ＮＴ＝１はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝４は割り当て不可となる。端末＃３のＧＴ＝３はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝４は割り当て不可となる。この場合、ΣＧＴ＝７でＤＲＲ＞ΣＧＴであるので、全てのＧＴをＤＲＲに割り当ててもＤＲＲが３だけ余るため、各端末のＮＴのうちの３以内の分はＤＲＲに割り当て可能である。端末の番号が小さいものから優先的に割り当てを行うと、端末＃１のＮＴの全てと端末＃２のＮＴの一部が割り当て可能である。
【００８８】
＃ｉ＋１区間では、端末＃１のＧＴ＝３はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝８のうち、ＮＴ＝２はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝６は割り当て不可となる。端末＃２のＧＴ＝１はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝５のうち、ＮＴ＝１はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝４は割り当て不可となる。端末＃３のＧＴ＝３はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝２は割り当て不可となる。この場合もΣＧＴ＝７であり、全てのＧＴをＤＲＲに割り当ててもＤＲＲが３だけ余るため、前の＃ｉ区間を引き継いで同様にＮＴを割り当てるとすると、端末＃１と端末＃２のＮＴの一部がＤＲＲに割り当て可能である。
【００８９】
＃ｉ＋２区間では、端末＃１のＧＴ＝３はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝４は割り当て不可となる。端末＃２のＧＴ＝１はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝２は割り当て不可となる。端末＃３のＧＴ＝３はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝９は割り当て不可となる。端末＃４のＧＴ＝４のうち、ＧＴ＝３はＤＲＲに割り当てられ、ＧＴ＝１は割り当て不可となり、ＮＴ＝２０も割り当て不可となる。この場合、ΣＧＴ＝１１でＤＲＲ＜ΣＧＴであるので、ＧＴの一部がＤＲＲに割り当て不可であり、新たにトラフィックが発生した端末＃４のＧＴの一部が割り当て不可となる。また、全端末のＮＴが割り当て不可となる。
【００９０】
＃ｉ＋３区間では、端末＃１のＧＴ＝３はＤＲＲに割り当てられる。端末＃２のＧＴ＝１はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝１０は割り当て不可となる。端末＃３のＧＴ＝３はＤＲＲに割り当てられ、ＮＴ＝１０は割り当て不可となる。端末＃４のＧＴ＝４のうち、ＧＴ＝３はＤＲＲに割り当てられ、ＧＴ＝１は割り当て不可となり、ＮＴ＝１０も割り当て不可となる。この場合もΣＧＴ＝１１でＤＲＲ＜ΣＧＴであるので、ＧＴの一部がＤＲＲに割り当て不可であり、前の＃ｉ＋２区間から引き続いて端末＃４のＧＴの一部が割り当て不可となる。また、全端末のＮＴが割り当て不可となる。
【００９１】
このように、比較例の無線通信システムでは、使用可能な無線資源が当該無線通信システムの基地局に割り当てられた占有周波数の帯域幅に限られるため、各端末で十分なスループットが確保できない場合がある。また、最低保証スループットを設定した場合、同時接続ユーザ数が小さい数に限定されてしまう。
【００９２】
これに対し、本実施形態の無線通信システムでは、ホワイトスペースの有効利用により、高いスループットと同時接続ユーザ数の拡大が可能になる。一例として、図９に示したように、最低保証スループット相当の通信は割り当て周波数である占有周波数のＤＲＲを使用し、最低保証スループットを超える分の通信はホワイトスペースの共用周波数のＳＲＲを使用する。これによって、最低保証スループットの提供と同時接続ユーザ数の拡大の両立を図ることができる。例えば、ＩＰネットワークカメラに対して、最低保証スループットとして５００ｋｂｐｓは確約し、これをＤＲＲに割り当て、ホワイトスペースのＳＲＲが使用可能であれば、５００ｋｂｐｓを超える分のスループットはＳＲＲに割り当てて使用する。これにより、多くの場合には数Ｍｂｐｓの高速伝送を提供しつつ、最低でも５００ｋｂｐｓは提供するということが可能になる。
【００９３】
ホワイトスペースの使用時に、ＳＲＲが使用不可に変化した場合には、端末がこれを検出して基地局に通知し、ホワイトスペースでのＳＲＲを使用した通信を中止する。これにより、ホワイトスペースの周波数に割り当てられているプライマリーユーザの通信への干渉を回避できる。
【００９４】
また、当該無線通信システムに割り当てられた占有周波数の無線資源を使用した通信量と、ホワイトスペースの共有周波数の無線資源を使用した通信量とで、異なる重み付けによって通信料金を算出することも可能である。ホワイトスペース使用による通信料金を安く提供した場合、ユーザは、ホワイトスペースを使用することによって、大きなスループットを確保できるとともに、安価な通信が可能になる。
【００９５】
なお、本発明は、本発明の趣旨ならびに範囲を逸脱することなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が様々な変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
【００９６】
例えば、無線通信システムがＧＴとＮＴの区分を行わない、すなわち全てのトラフィックがＮＴに相当するような場合にも、本発明の趣旨である、占有周波数と共用周波数の両方を活用することで、システムの容量の拡大を図ることも可能である。
【００９７】
また、本発明は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで実現することも可能である。
【００９８】
上記各実施形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
【００９９】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
【０１００】
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
【０１０１】
本発明に係る実施形態の種々の態様として、以下のものが含まれる。
無線通信システムに設けられる無線基地局であって、当該無線通信システムに割り当てられた占有周波数に加えて、ホワイトスペースを利用した共用周波数を使用して、当該無線基地局に接続される無線通信端末と通信を行う無線通信部と、前記無線通信端末との通信が行われるトラフィックが、帯域保証がなされた第１のトラフィックと、帯域保証がなされていない第２のトラフィックとを含む場合、前記第１のトラフィックに前記占有周波数の無線資源を割り当て、前記第２のトラフィックに前記共用周波数の無線資源を割り当てる無線資源割り当て決定部と、を備える無線基地局。
上記構成により、占有周波数に加えて、ホワイトスペースを利用した共用周波数を使用して、無線通信において現在の割り当て周波数の帯域幅に制限されることなく、状況に応じて最大限にスループットと同時接続ユーザ数とを確保することが可能になる。
【０１０２】
上記の無線基地局であって、前記無線資源割り当て決定部は、前記占有周波数における無線資源の総量が前記第１のトラフィックの総量よりも大きい場合、前記第２のトラフィックの一部に前記占有周波数の無線資源を割り当てる、無線基地局。
上記構成により、占有周波数における無線資源の総量が第１のトラフィックの総量よりも大きい場合、占有周波数の無線資源を利用して第２のトラフィックの一部を通信可能となる。
【０１０３】
上記の無線基地局であって、前記無線資源割り当て決定部は、前記第１のトラフィックの総量が前記占有周波数における無線資源の総量よりも大きい場合、前記第１のトラフィックの一部に前記共用周波数の無線資源を割り当てる、無線基地局。
上記構成により、第１のトラフィックの総量が占有周波数における無線資源の総量よりも大きい場合、共用周波数の無線資源を利用して第１のトラフィックの一部を通信可能となる。
【０１０４】
上記の無線基地局であって、前記共用周波数の無線資源を使用可能であるか否かを判断する共用周波数使用可否判断部を備え、前記無線資源割り当て決定部は、前記共用周波数使用可否判断部の判断結果に基づき、前記共用周波数の無線資源が使用可能である場合は前記第２のトラフィックに前記共用周波数の無線資源を割り当てる、無線基地局。
上記構成により、共用周波数の無線資源が使用可能であるかを判断し、使用可能であれば、この共用周波数の無線資源を利用して通信することが可能である。
【０１０５】
上記の無線基地局であって、前記共用周波数を使用して通信を行う第１の無線通信端末と、前記共用周波数を使用できない第２の無線通信端末とのそれぞれと並列的に通信を行う際に、前記無線資源割り当て決定部は、前記第１のトラフィックの総量が前記占有周波数における無線資源の総量よりも大きい場合、前記第２の無線通信端末に対する前記第１のトラフィックに前記占有周波数の無線資源を優先的に割り当て、前記第１の無線通信端末に対する前記第１のトラフィックに前記共用周波数の無線資源を割り当てる、無線基地局。
上記構成により、共用周波数を使用して通信を行う第１の無線通信端末と、共用周波数を使用できない第２の無線通信端末とのそれぞれと並列的に通信を行う際に、ホワイトスペースを利用した共用周波数を使用して、状況に応じて最大限にスループットと同時接続ユーザ数とを確保することが可能になる。
【０１０６】
上記の無線基地局であって、前記無線通信部は、前記無線資源割り当て決定部にて決定された下り回線の無線資源割り当て情報に基づき、前記無線通信端末への送信データに割り当てられた無線資源を使用した送信信号を出力する無線送信部を有する、無線基地局。
上記構成により、状況に応じて最大限にスループットと同時接続ユーザ数とを確保した状態で、下り回線において無線基地局から無線通信端末へデータを送信可能となる。
【０１０７】
無線通信システムにおいて使用される無線通信端末であって、当該無線通信システムに割り当てられた占有周波数に加えて、ホワイトスペースを利用した共用周波数を使用して、当該無線通信端末に接続される無線基地局と通信を行う無線通信部を備え、前記無線通信部は、前記無線基地局との通信が行われるトラフィックが、帯域保証がなされた第１のトラフィックと、帯域保証がなされていない第２のトラフィックとを含む場合、前記第１のトラフィックに前記占有周波数の無線資源を割り当てるように、かつ前記第２のトラフィックに前記共用周波数の無線資源を割り当てるように、前記無線基地局への送信データに割り当てられた無線資源を使用した送信信号を出力する無線送信部を有する無線通信端末。
上記構成により、占有周波数に加えて、ホワイトスペースを利用した共用周波数を使用して、無線通信において現在の割り当て周波数の帯域幅に制限されることなく、状況に応じて最大限にスループットと同時接続ユーザ数とを確保することが可能になる。
【０１０８】
上記の無線通信端末であって、前記無線送信部は、前記占有周波数における無線資源の総量が前記第１のトラフィックの総量よりも大きい場合、前記占有周波数の無線資源を使用して前記第２のトラフィックの一部を送信する、無線通信端末。
上記構成により、占有周波数における無線資源の総量が第１のトラフィックの総量よりも大きい場合、占有周波数の無線資源を利用して第２のトラフィックの一部を通信可能となる。
【０１０９】
上記の無線通信端末であって、前記無線送信部は、前記第１のトラフィックの総量が前記占有周波数における無線資源の総量よりも大きい場合、前記共用周波数の無線資源を使用して前記第１のトラフィックの一部を送信する、無線通信端末。
上記構成により、第１のトラフィックの総量が占有周波数における無線資源の総量よりも大きい場合、共用周波数の無線資源を利用して第１のトラフィックの一部を通信可能となる。
【０１１０】
上記の無線通信端末であって、前記無線通信部は、前記無線基地局から報知される上り回線の無線資源割り当て情報を取得し、この無線資源割り当て情報に基づいて前記第１のトラフィック及び前記第２のトラフィックに関する無線資源の割り当てを行う、無線通信端末。
上記構成により、無線基地局からの無線資源割り当て情報に基づき、状況に応じて最大限にスループットと同時接続ユーザ数とを確保した状態で、第１のトラフィック及び第２のトラフィックに関する無線資源の割り当てが可能となる。
【０１１１】
上記の無線通信端末であって、前記共用周波数の無線資源を使用可能であるか否かを判断する共用周波数使用可否判断部を備え、前記無線送信部は、前記共用周波数使用可否判断部の判断結果に基づき、前記共用周波数の無線資源が使用可能である場合は前記第２のトラフィックに前記共用周波数の無線資源を割り当てる、無線通信端末。
上記構成により、共用周波数の無線資源が使用可能であるかを判断し、使用可能であれば、この共用周波数の無線資源を利用して通信することが可能である。
【０１１２】
無線基地局と無線通信端末との間で通信を行う無線通信システムであって、前記無線基地局は、前記無線通信端末との間で、当該無線通信システムに割り当てられた占有周波数に加えて、ホワイトスペースを利用した共用周波数を使用して、当該無線基地局に接続される無線通信端末と通信を行う無線通信部と、前記無線通信端末との通信が行われるトラフィックが、帯域保証がなされた第１のトラフィックと、帯域保証がなされていない第２のトラフィックとを含む場合、前記第１のトラフィックに前記占有周波数の無線資源を割り当て、前記第２のトラフィックに前記共用周波数の無線資源を割り当てる無線資源割り当て決定部と、を備え、前記無線通信部は、前記無線資源割り当て決定部にて決定された下り回線の無線資源割り当て情報に基づき、前記無線通信端末への送信データに割り当てられた無線資源を使用した送信信号を出力する無線送信部を有するものであり、前記無線通信端末は、当該無線通信システムに割り当てられた占有周波数に加えて、ホワイトスペースを利用した共用周波数を使用して、前記無線基地局と通信を行う無線通信部を備え、前記無線通信部は、前記無線基地局から報知される上り回線の無線資源割り当て情報に基づき、前記無線基地局への送信データに割り当てられた無線資源を使用した送信信号を出力する無線送信部を有する、無線通信システム。
上記構成により、占有周波数に加えて、ホワイトスペースを利用した共用周波数を使用して、無線通信において現在の割り当て周波数の帯域幅に制限されることなく、状況に応じて最大限にスループットと同時接続ユーザ数とを確保することが可能になる。
【０１１３】
上記の無線通信システムにおける通信管理方法であって、前記無線基地局と接続されるコアネットワークに設けられる通信管理部において、前記無線通信端末の無線通信に関する通信料金として、前記占有周波数の無線資源を使用した通信量と、前記共有周波数の無線資源を使用した通信量とで、異なる重み付けによって通信料金を算出するステップを含む、通信管理方法。
上記構成により、占有周波数の無線資源を使用した通信量と、共有周波数の無線資源を使用した通信量とで、異なる重み付けによって通信料金を算出することで、共有周波数の無線資源を使用可能な端末を使用するユーザは、共有周波数を使用した場合に安い通信料金で通信を行うことができる。また、占有周波数だけでなく、共有周波数を含めて多くの無線資源を利用可能であるので、より高いスループットでの通信が可能となる。
無線基地局と無線通信端末との間で通信を行う無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記無線基地局及び前記無線通信端末が、当該無線通信システムに割り当てられた占有周波数に加えて、ホワイトスペースを利用した共用周波数を使用して通信を行い、前記無線基地局と前記無線通信端末との間で通信が行われるトラフィックが、帯域保証がなされた第１のトラフィックと、帯域保証がなされていない第２のトラフィックとを含む場合、前記第１のトラフィックに前記占有周波数の無線資源を割り当て、前記第２のトラフィックに前記共用周波数の無線資源を割り当てるステップを含む、無線通信方法。
上記手順により、占有周波数に加えて、ホワイトスペースを利用した共用周波数を使用して、無線通信において現在の割り当て周波数の帯域幅に制限されることなく、状況に応じて最大限にスループットと同時接続ユーザ数とを確保することが可能になる。
無線通信システムに設けられる無線基地局であって、当該無線通信システムに割り当てられた占有周波数に加えて、ホワイトスペースを利用した共用周波数を使用して通信を行う無線通信部と、前記無線通信部により通信が行われるトラフィックが、帯域保証がなされた第１のトラフィックと、帯域保証がなされていない第２のトラフィックとを含む場合、前記第１のトラフィックに前記占有周波数の無線資源を割り当て、前記第２のトラフィックに前記共用周波数の無線資源を割り当てる無線資源割り当て決定部と、を備える無線基地局。
上記構成により、占有周波数に加えて、ホワイトスペースを利用した共用周波数を使用して、無線通信において現在の割り当て周波数の帯域幅に制限されることなく、状況に応じて最大限にスループットと同時接続ユーザ数とを確保することが可能になる。
無線基地局が通信を行う無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記無線基地局が、当該無線通信システムに割り当てられた占有周波数に加えて、ホワイトスペースを利用した共用周波数を使用して通信を行い、前記無線基地局により通信が行われるトラフィックが、帯域保証がなされた第１のトラフィックと、帯域保証がなされていない第２のトラフィックとを含む場合、前記第１のトラフィックに前記占有周波数の無線資源を割り当て、前記第２のトラフィックに前記共用周波数の無線資源を割り当てるステップを含む、無線通信方法。
上記手順により、占有周波数に加えて、ホワイトスペースを利用した共用周波数を使用して、無線通信において現在の割り当て周波数の帯域幅に制限されることなく、状況に応じて最大限にスループットと同時接続ユーザ数とを確保することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明は、無線通信において現在の割り当て周波数の帯域幅に制限されることなく、状況に応じて最大限にスループットと同時接続ユーザ数とを確保できる効果を有し、例えば移動通信網の無線通信などに適用可能な、無線基地局と無線通信端末との間で通信を行う無線通信システム、及びその無線基地局、無線通信端末等として有用である。
【符号の説明】
【０１１５】
１０  コアネットワーク
１１  基地局
２１、２１−１〜２１−ａ  Ａ端末
２２、２２−１〜２２−ｂ  Ｂ端末
１１１  受信アンテナ
１１２  無線受信部
１１３  受信パケット復号部
１１４  上り無線資源割り当て決定部
１１５  下り無線資源割り当て決定部
１１６  トラフィック量判定部
１１７  送信パケット生成部
１１８  無線送信部
１１９  送信アンテナ
２１１  トラフィック量判定部
２１２  送信パケット生成部
２１３  無線送信部
２１４  送信アンテナ
２１５  受信アンテナ
２１６  無線受信部
２１７  受信パケット復号部
２１８  モニタアンテナ
２１９  ＳＲＲ使用可否情報生成部
【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】
0005861060.tif 000010
【図１０】
0005861060.tif 000011
【図１１】
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