(57)【要約】  デュアル・アンテナ受信機は、パケットに基づくネットワーク中で空間−時間的処理を利用する。
2007515141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのアンテナから２つの信号を受信する段階と、
前記２つの信号をベースバンドに変換する段階と、
前記２つの信号をデジタル化する段階と、
音声パケットを受信するために前記２つの信号を線形的に結合する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記２つのアンテナの１つを使用して送信する段階さらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記線形的に結合する段階は、前記２つのアンテナに関連したチャネルのための整合フィルタ解法を適用する段階を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記線形的に結合する段階は、信号対干渉比（ＳＩＲ）を増加させるために、結合係数を選択する段階を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記線形的に結合する段階は、空間的時間的な干渉を白色化するために、結合係数を選択する段階を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記線形的に結合する段階は、平均２乗誤差（ＭＳＥ）を減少させるために、結合係数を選択する段階を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記音声パケットを受信するために前記２つの信号を線形的に結合する段階は、
前記２つの信号を線形的に結合し、汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）パケットを形成する段階と、
ＧＰＲＳパケットを音声パケットに変換する段階と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
２つのアンテナを使用して、第１および第２汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）信号を受信する段階と、
前記第１および第２信号を２つのベースバンド信号に変換する段階と、
前記２つのベースバンド信号をデジタル化する段階と、
前記２つのベースバンド信号を線形的に結合する段階と、
受信ＧＰＲＳパケットを音声パケットに変換する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記線形的に結合する段階は、前記２つのアンテナに関連したチャネルのための整合フィルタ解法を適用する段階を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記線形的に結合する段階は、信号対干渉比（ＳＩＲ）を増加させるために、結合係数を選択する段階を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記線形的に結合する段階は、空間的時間的な干渉を白色化するために結合係数を選択する段階を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１２】
前記線形的に結合する段階は、平均２乗誤差（ＭＳＥ）を減少させるために結合係数を選択する段階を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１３】
第１アンテナ、および、第１ベースバンド信号を生成するために前記第１アンテナに結合された第１ベースバンド変換ユニットと、
前記第１ベースバンド信号を第１デジタル・サンプル・ストリームに変換する第１アナログ・デジタル変換器と、
第２アンテナ、および、第２ベースバンド信号を生成するために前記第２アンテナに結合された第２ベースバンド変換ユニットと、
前記第２ベースバンド信号を第２デジタル・サンプル・ストリームに変換する第２アナログ・デジタル変換器と、
前記第１および第２デジタル・サンプル・ストリームを線形的に結合し、汎用パケット無線システム（ＧＰＲＳ）ネットワーク中の音声信号を受信する空間−時間的処理ユニットと、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項１４】
前記空間−時間的処理ユニットは、前記２つのアンテナに関連したチャネルのための整合フィルタ解法を適用することにより、前記第１および第２デジタル・サンプル・ストリームを線形的に結合するために適合していることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記空間−時間的処理ユニットは、信号対干渉比（ＳＩＲ）に増加させるために、結合係数を使用して前記第１および第２デジタル・サンプル・ストリームを線形的に結合するために適合していることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１６】
前記空間−時間的処理ユニットは、空間的時間的な干渉を白色化するために、結合係数を使用して前記第１および第２デジタル・サンプル・ストリームを線形的に結合するために適合していることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１７】
前記空間−時間的処理ユニットは、平均２乗誤差（ＭＳＥ）を減少させるために、結合係数を使用して前記第１および第２デジタル・サンプル・ストリームを線形的に結合するために適合していることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１８】
１つのアンテナを使用して送信するためのアンテナ・スイッチをさらに含むことを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１９】
第１アンテナ、および、第１ベースバンド信号を生成するために前記第１アンテナに結合された第１ベースバンド変換ユニットと、
前記第１ベースバンド信号を第１デジタル・サンプル・ストリームに変換する第１アナログ・デジタル変換器と、
第２アンテナ、および、第２ベースバンド信号を生成するために前記第２アンテナに結合された第２ベースバンド変換ユニットと、
前記第２ベースバンド信号を第２デジタル・サンプル・ストリームに変換する第２アナログ・デジタル変換器と、
前記第１および第２デジタル・サンプル・ストリームを線形的に結合し、汎用パケット無線システム（ＧＰＲＳ）ネットワーク中の音声信号を受信する空間−時間的処理ユニットと、
カラー表示装置と、
を含むことを特徴とする電子システム。
【請求項２０】
前記空間−時間的処理ユニットは、前記２つのアンテナに関連したチャネルのための整合フィルタ解法を適用することにより、前記第１および第２デジタル・サンプル・ストリームを線形的に結合するために適合していることを特徴とする請求項２１記載の電子システム。
【請求項２１】
前記空間−時間的処理ユニットは、信号対干渉比（ＳＩＲ）に増加させるために、結合係数を使用して前記第１および第２デジタル・サンプル・ストリームを線形的に結合するために適合していることを特徴とする請求項２１記載の電子システム。
【請求項２２】
前記空間−時間的処理ユニットは、空間的時間的な干渉を白色化するために、結合係数を使用して前記第１および第２デジタル・サンプル・ストリームを線形的に結合するために適合していることを特徴とする請求項２１記載の電子システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にワイヤレス・パケット・ネットワークに関し、より詳細には、ワイヤレス・パケット・ネットワーク中の音声通信に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤレス・ボイス・オーバ・パケット・ネットワーク（ＶｏＰＮ）は、ワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）またはセルラー・ネットワーク上で生じるパケット化された音声呼を許容する。これらのネットワークでは、音声データはパケットに分割され、そのパケットが伝送される。多くのパケット・ネットワークは、パケットに対する最小レイテンシを保証せず、それは音声伝送のために問題を引き起こす。１以上のパケットがレイテンシにより遅延する場合、音声信号はワイヤレス・リンクの受信端で正確に再現されない。
【発明の開示】
【０００３】
以下の詳細な説明では、本発明が実施される特定の実施例を示す説明が添付図面に対して言及される。これらの実施例は、当業者が本発明を実施できる程度に十分に詳細に説明される。本発明の様々な実施例は、異なっているが、必ずしも相互に排他的ではないことを理解すること。例えば、１つの実施例に関してここに説明された特定の特徴、構造または特性は、本発明の思想および範囲から逸脱せずに、他の実施例内で実施され得る。加えて、開示された各実施例内の個々の要素の位置または配置は、本発明の思想および範囲から逸脱せずに修正されてもよいことが理解される。以下の詳細な説明は、限定する意図で捕らえるべきではなく、本発明の範囲は、請求項が与える均等の全範囲と共に、適切に解釈され、添付された請求項によってのみ定義される。図面では、類似の数字は、いくつかの図面全体に亘って同じか類似の機能を参照する。
【０００４】
図１は、デュアル・アンテナ受信機を示す。デュアル・アンテナ受信機１００は、アンテナ１０２，１１２、ベースバンド変換ユニット１０４，１１４、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１０６，１１６、空間−時間的処理ユニット（spatio-temporal processing unit）１２０および最尤シーケンス推定（ＭＬＳＥ）検出ブロック１３０を含む。
【０００５】
アンテナ１０２，１１２は、指向性アンテナまたは無指向性アンテナである。ここに使用されるように、用語、無指向性アンテナは、少なくとも１つの平面に実質的に一定のパターンを有するあらゆるアンテナをいう。いくつかの実施例において、アンテナ１０２，１１２の一方または両方は、例えば、ダイポール・アンテナまたは４分の１波長アンテナのような無指向性アンテナである。さらにいくつかの実施例において、例えば、アンテナ１０２，１１２の一方または両方は、パラボラ・ディッシュ・アンテナまたは八木アンテナのような指向性アンテナであってもよい。
【０００６】
ベースバンド変換ユニット１０４，１１４は、アンテナ１０２，１１２によって受信された信号をベースバンドへ変換する。いくつかの実施例では、ベースバンド変換ユニット１０４，１１４は、無線周波数（ＲＦ）信号の受信をサポートするための回路を含む。例えば、いくつかの実施例では、ベースバンド変換ユニット１０４，１１４は、低ノイズ増幅（ＬＮＡ）、フィルタ、周波数変換およびその他同種のものような「フロント・エンド」処理を行なう回路を含む。いくつかの実施例では、例えば、ベースバンド変換回路１０４，１１４は、さらにクロック回復回路、シンボル・タイミング回路および同種のものを含んでいてもよい。本発明は、ベースバンド変換ユニット１０４，１１４の内容または機能によって制限されることはない。
【０００７】
アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１０６，１１６は、ベースバンド信号出力をベースバンド変換ユニット１０４，１１４からデジタル・サンプル・ストリームに変換する。例えば、アンテナ１０２に対応するベースバンド信号は、デジタル・サンプル・ストリームｙ１（ｎ）に変換され、また、アンテナ１１２に対応するベースバンド信号は、デジタル・サンプル・ストリームｙ２（ｎ）に変換される。
【０００８】
空間−時間的処理ユニット１２０は、２つのデジタル・サンプル・ストリームｙ１（ｎ）およびｙ２（ｎ）を線形的に組み合わせる。方程式１は、空間−時間的処理ユニット１２０の出力と入力との数学的な関係について説明する。
【０００９】
【数１】
2007515141.tif 000003
【００１０】
ここで、
ｙ１  第１アンテナのデジタル・ベースバンド信号を表わす。
ｙ２  第２アンテナのデジタル・ベースバンド信号を表わす。
ｃ１  第１アンテナの結合係数を表わす。
ｃ２  第２アンテナの結合係数を表わす。
ｚ  結合信号を表わす。
【００１１】
いくつかの実施例では、結合係数ｃ１，ｃ２は、チャネルを等化する整合フィルタ解法（matched-filter solution）である（以下の方程式２を参照）。方程式２は、システム中の唯一のノイズ源が白色ガウス・ノイズである場合の最適またはほぼ最適の受信機を表わす。
【００１２】
【数２】
2007515141.tif 000004
【００１３】
ここで、
ｈ１  第１アンテナのチャネル推定量を表わす。
ｈ２  第２アンテナのチャネル推定量を表わす。
σ１２  第１アンテナのノイズ分散を表わす。
σ２２  第２アンテナのノイズ分散を表わす。
【００１４】
いくつかの実施例では、結合係数ｃ１，ｃ２は、ＳＩＲ（信号対干渉比）を最大限にするために選択され、他の実施例では、ｃ１とｃ２は、平均２乗誤差（ＭＳＥ）を減少させるかまたは最小限にするために選択される。いくつかの実施例では、ＭＬＳＥ検出ブロック１３０は、ｃ１とｃ２がＭＳＥを減少させるために選択される場合、含まれない。さらなる実施例では、係数ｃ１とｃ２は空間−時間的干渉を白色化する（whiten）ために選択される。
【００１５】
空間的時間的な干渉を白色化する実施例は、パケットベースのネットワークにおけるレイテンシを減少させ、ボイス・オーバ・パケット・ネットワーク（ＶｏＰＮ）を可能にする。例えば、セルラー・ネットワークの性能が干渉で制限され、近隣の基地局または他のソースからの有意な強い干渉信号がターゲット信号対雑音比を下げ、その結果ハンドセットへのデータのスループットを低下させる場合、その干渉信号はパケット誤り率を増加させ、スループットの低下を引き起こす。市街地のような非常に混み合ったネットワーク状態では、強い干渉は特に支配的となり、その地点へのスループットを劣化させ、ワイヤレスＶｏＰＮを実行することができなくなる。本発明の様々な実施例では、デュアル・アンテナ受信機を使用する空間−時間的処理は干渉識別および取消を強化するために使用されてもよい。デュアル・アンテナ受信機は、期間と強度に従ってそれらに重みを加えることにより干渉信号を検出し、続いて、その干渉を取消すと共に、ワイヤレスＶｏＰＮを可能にするのに十分にレイテンシを削減する。
【００１６】
デュアル・アンテナ受信機１００は、空間−時間的処理に適しているあらゆる環境中で利用される。例えば、いくつかの実施例では、デュアル・アンテナ受信機１００は、汎用パケット無線システム（ＧＰＲＳ／ＥＧＰＲＳ）ネットワークまたは同種のネットワークのようなパケットベースのネットワーク中の受信機として有用である。本受信機は、ハンドセット、基地局またはデュアル・アンテナ受信機を使用して信号を受信ことができるワイヤレス・ネットワークのどの部分においても使用できる。
【００１７】
図２はボイス・オーバＩＰアーキテクチャを示す。アーキテクチャ２００は、移動局２１０，２２０、無線アクセス・ネットワーク（ＲＡＮ）２５０，２６０を含む。移動局２１０は、アップリンク・チャネル２３０を介してＲＡＮ２５０と通信し、ＲＡＮ２５０は、インターネット・プロトコル（ＩＰ）ネットワーク２７０を経由してＲＡＮ２６０と通信し、また、ＲＡＮ２６０は、ダウンリンク・チャネル２４０を介して移動局２２０と通信する。
【００１８】
アーキテクチャ２００は、２つの移動局間の単一方向における音声通信を示す。例えば、移動局２１０は、マイクロフォンから音声情報を得て移動局２２０へ音声情報を送るが、それは最終的にスピーカ上で音声を再生する。この単一方向の通信は簡易さのみのために示される。いくつかの実施例では、双方向音声通信が行なわれる。これらの実施例では、両方の移動局２１０，２２０は、音声データを送信し受信することができる。
【００１９】
移動局２１０，２２０は、パケットベースの通信ができるあらゆるタイプの移動局である。例えば、いくつかの実施例では、移動局２１０，２２０は、セルラー・ハンドセットであってもよい。さらに、例えば、他の実施例では、移動局２１０，２２０は、ラップトップ・コンピュータまたは音声信号で動作することができる他の機器の一部であってもよい。
【００２０】
動作において、移動局２１０のマイクロフォンは、音声をデータに変換する。音声符号化器２１２は、マイクロフォンからのデータを音声パケットへ符号化（エンコード）する。音声パケットは、２１４でＧＰＲＳ／ＥＧＰＲＳパケットに変換される。ＧＰＲＳパケットは、送信のために準備されており、移動局２１０のモバイル送信経路２１６によって送信される。ＧＰＲＳパケットは、アップリンク・チャネル２３０を通ってＲＡＮ２５０中の基地局受信機に移動する。ＲＡＮ２５０は、受信ＧＰＲＳパケットをＩＰパケットに変換し、それらをＩＰネットワーク２７０経由でＲＡＮ２６０に渡す。ＲＡＮ２６０は、ＩＰパケットをＧＰＲＳパケットに変換し、ＧＰＲＳパケットをダウンリンク・チャネル２４０を介して移動局２２０へ送信する。移動局２２０は、デュアル・アンテナ受信機２２６を使用して、ＧＰＲＳパケットを受信し、その受信機は、いくつかの実施例中で、従来の受信機より非常に少ないエラーを有するＧＰＲＳパケットを検出するために空間−時間アルゴリズムを使用する。その後、ＧＰＲＳパケットは、２２４で音声パケットに変換され、音声デコーダ２２２によって復号され、スピーカによって再生される。
【００２１】
図２で示されるアーキテクチャは、移動局にデュアル・アンテナ受信機を利用し、遅延またはレイテンシによって測定されるように、パケット交換ネットワーク容量を増加させ、かつパケット交換（ＰＳ）中のサービス品質（ＱｏＳ）を改善させる。ＱｏＳを改善することによって、アーキテクチャ２００中にデュアル・アンテナ受信機を使用することによって、パケット遅延を減少させ、かつＶｏＰＮまたはＶｏＩＰを改善させることができる。
【００２２】
いくつかの実施例では、通信を受信することができる各受信機は、デュアル・アンテナ受信機を含めることができる。例えば、いくつかの実施例では、ＲＡＮ２５０中の基地局受信機は、デュアル・アンテナ受信機を利用することができる。さらに、いくつかの実施例では、移動局２１０およびＲＡＮ２６０は、デュアル・アンテナ受信機を含めてもよい。
【００２３】
図３は、本発明の様々な実施例に従うシステム図を示す。電子システム３００は、アンテナ１０２，１１２、ベースバンド変換ユニット１０４，１１４、Ａ／Ｄ変換器１０６，１１６を含んでおり、それらのすべては、図１に関して上述されている。電子システム３００は、さらにデジタル信号プロセサ（ＤＳＰ）３４０、表示装置３５０、メモリ装置３６０、変調器３３０、無線周波数（ＲＦ）変換ユニット３２０およびアンテナ・スイッチ３１０を含む。
【００２４】
デジタル信号プロセサ３４０は、Ａ／Ｄ１０６およびＡ／Ｄ１１６からデジタル・ベースバンド・サンプル・ストリームを受け取る。いくつかの実施例では、ＤＳＰ３４０は、空間−時間的演算処理装置１２０（図１）に関して上述された空間−時間的処理を実行する。いくつかの実施例では、ＤＳＰ３４０は、さらに最尤シーケンス推定を実行する。図３に示されるように、ＤＳＰ３４０は、バス３４２を使用して表示装置３５０およびメモリ装置３６０と通信する。
【００２５】
表示装置３５０は、あらゆるタイプの表示装置である。例えば、いくつかの実施例では、表示装置３５０は、カラー表示装置であり、他の実施例では、表示装置３５０はモノクロ表示装置である。さらに、いくつかの実施例では、表示装置３５０は省略されてもよい。
【００２６】
メモリ３６０は、機械読取り可能な媒体を含む物品を表わす。例えば、メモリ３６０は、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）、リード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュ・メモリ、またはＤＳＰ３４０によって読取り可能な媒体を含む他のタイプの物品を示す。メモリ３６０は、本発明の様々な方法の実施例を実行するための命令を格納する。メモリ３６０は、さらに、電子システム３００の状態または動作に関連したデータを格納する。
【００２７】
いくつかの実施例では、変調器３３０は、ＤＳＰ３４０からデジタル情報を受け取り変調する。変調器３３０によって変調されるデジタル情報は、ＧＰＲＳパケットの形式をしている音声情報である。無線周波数（ＲＦ）変換ユニットは、変調器３３０によって提供される信号を送信のための適切な周波数に変換する。例えば、いくつかの実施例では、ＲＦ変換ユニット３２０は、周波数アップコンバーションをサポートする回路およびＲＦ送信機を含む。その本発明は、ＲＦ変換ユニット３２０の内容または機能によって制限されることはない。
【００２８】
電子システム３００は、さらに、アンテナ１１２、ベースバンド変換ユニット１１４およびＲＦ変換ユニット３２０の間に結合されたアンテナ・スイッチ３１０を含む。電子システムが信号を受信しているとき、アンテナ・スイッチ３１０はアンテナ１１２をベースバンド変換ユニット１１４に結合し、上述のように、デュアル・アンテナ受信が行なわれる。電子システム２００が信号を送信しているとき、アンテナ・スイッチ３１０は、アンテナ１１２をＲＦ変換ユニット３２０に結合し、アンテナ１１２は送信アンテナとして使用される。このように、電子システム３００は、デュアル・アンテナ受信機および単一アンテナ送信機を実現する。
【００２９】
電子システム３００は、２つのアンテナを含めることのできるあらゆるシステムである。例として、セルラー・ハンドセット、ラップトップ・コンピュータ、ホーム・オーディオ、または、ビデオ機器または同種のものを含むが、これらに制限されることはない。電子システム３００は、さらにワイヤレス・ネットワーク中の移動局であってもよく、あるいはＲＡＮ２５０（図２）のような無線アクセス・ネットワーク（ＲＡＮ）の一部として含められてもよい。
【００３０】
デュアル・アンテナ受信機、空間−時間的演算処理装置および本発明の他の実施例は、多くの方法で実施することができる。いくつかの実施例では、それらは、音声可能な無線通信機器の一部として様々な集積回路中で実施される。いくつかの実施例では、本発明の様々な実施例の設計説明は、設計者がカスタムまたは半カスタム設計に含めることができるライブラリに含まれている。例えば、開示された実施例のいずれも、ＶＨＤＬまたはＶｅｒｉｌｏｇのような合成可能ハードウェア設計言語で実現することができ、標準セル設計、ゲート・アレイまたはその他同種のものを含めるために設計者に配布される。同様に、本発明のあらゆる実施例は、特定の製造工程にターゲットとされたハードウェア・マクロとして表わすことができる。
【００３１】
図４は、本発明の様々な実施例に従うフローチャートを示す。いくつかの実施例では、方法４００は、ＧＰＲＳワイヤレス・ネットワーク中の音声データを受信するために使用される。いくつかの実施例では、方法４００あるいはその一部は、デュアル・アンテナ受信機または電子システムによって実行され、それらの実施例は様々な図面中で示されている。方法４００は、方法を行なう特定のタイプの装置またはソフトウェア要素によって制限されることはない。方法４００の様々な動作は、図示された順に行なわれても、また異なる順に行なわれてもよい。さらに、いくつかの実施例では、図４に示されたいくつかの動作は、方法４００から省略されてもよい。
【００３２】
方法４００は、ブロック４１０から始まり、第１および第２ＧＰＲＳ信号が２つのアンテナを使用して受信される。４２０で、第１および第２信号は、２つのベースバンド信号に変換される。４３０で、２つのベースバンド信号は、デジタル化され、４４０で、その２つのベースバンド信号は線形的に結合される。４５０で、受信ＧＰＲＳパケットは、音声パケットに変換される。
【００３３】
いくつかの実施例では、ブロック４４０の線形結合動作は、空間−時間的演算処理装置１２０（図１）のような空間−時間的演算処理装置によって行なわれる。いくつかの実施例では、その２つのデジタル・ベースバンド信号は、２つのアンテナに関連したチャネルのために整合フィルタ解法を使用して結合される。例えば、方程式２（上記）中で示されるものに対応する結合係数が選択される。他の実施例では、その２つのデジタル・ベースバンド信号は、信号対干渉比（ＳＩＲ）を増加させるために選択された結合係数を使用して結合される。いくつかの実施例では、その２つのデジタル・ベースバンド信号は、平均２乗誤差（ＭＳＥ）を減少させるために選択された結合係数を使用して結合される。さらなる実施例では、その２つのデジタル・ベースバンド信号は、空間的時間的な干渉を白色化するために選択された結合係数を使用して結合される。
【００３４】
本発明はある実施例と共に説明されたが、修正と変更は本発明の思想および範囲から逸脱せず行なえ得ることを理解すべきである。例えば、本発明の様々な実施例は音声通信を用いて説明されたが、それらはビデオ通信にも等しく適用可能である。このような修正および変更は、本発明および添付された請求項の範囲内にあると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】デュアル・アンテナ受信機を示す
【図２】ボイス・オーバＩＰの構成を示す。
【図３】本発明の様々な実施例に従ったシステム図を示す。
【図４】本発明の様々な実施例に従ったフローチャートを示す。
【図１】
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【図２】
2007515141.tif 000006
【図３】
2007515141.tif 000007
【図４】
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【国際調査報告】
2007515141.tif 000009
2007515141.tif 000010
2007515141.tif 000011