(57)【要約】【課題】個々の端末に対する制御が不要で、個々の端末からのデータ伝送量が小さいショートメッセージやセンサーネット型のシステムにおいて、高効率で通信を行うことができる無線通信方法および無線通信システムを提供する。【解決手段】各端末２を、複数の予告グループに分割する。全ての予告グループについて順番に、その予告グループに属する各端末２が、各伝送リソースのうちの未選択の伝送リソースのうちから、それぞれ一つの伝送リソースを任意に選択する。その間、基地局１が、１つの予告グループが伝送リソースの選択を行うたびに、未選択の伝送リソースに関する空きリソース情報を、次の予告グループに属する各端末２に送信する。全ての予告グループについて伝送リソースの選択が終わった後、全ての端末２が、それぞれ選択した伝送リソースを利用して、所望のデータを基地局１に送信する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ伝送可能な複数の伝送リソースを有する共通の無線伝送チャンネルを利用して、基地局と複数の端末との間で通信を行う無線通信方法であって、
各端末をあらかじめ、複数の予告グループに分割しておき、
全ての予告グループについて順番に、その予告グループに属する各端末が、各伝送リソースのうちの未選択の伝送リソースのうちから、それぞれ一つの伝送リソースを任意に選択し、
その間、前記基地局が、１つの予告グループが伝送リソースの選択を行うたびに、未選択の伝送リソースに関する空きリソース情報を、次の予告グループに属する各端末に送信し、
全ての予告グループについて伝送リソースの選択が終わった後、全ての端末が、それぞれ選択した伝送リソースを利用して、所望のデータを前記基地局に送信し、前記基地局がそのデータを受信することを
特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
データ伝送可能な複数の伝送リソースを有する共通の無線伝送チャンネルを利用して、基地局と複数の端末との間で通信を行う無線通信方法であって、
各端末をあらかじめ、複数の予告グループに分割しておき、
第１番目の予告グループに属する各端末が、各伝送リソースのうちから、それぞれ一つの伝送リソースを任意に選択する初期リソース選択工程と、
前記第１番目の予告グループに属する各端末が、選択した伝送リソースに関する選択情報を前記基地局に送信する初期予告情報通知工程と、
前記基地局が、これまでに送信された前記選択情報に基づいて、未選択の伝送リソースに関する空きリソース情報を整理するリソース管理工程と、
前記基地局が、前記空きリソース情報を次の予告グループに属する各端末に送信する空きリソース通知工程と、
前記次の予告グループに属する各端末が、前記空きリソース情報に基づいて、前記未選択の伝送リソースのうちから、それぞれ一つの伝送リソースを任意に選択するリソース選択工程と、
前記次の予告グループに属する各端末が、選択した伝送リソースに関する選択情報を前記基地局に送信する予告情報通知工程と、
前記リソース管理工程と前記リソース通知工程と前記リソース選択工程と前記予告情報通知工程とを、最後の予告グループに属する各端末が、前記リソース選択工程を行うまで繰り返す選択ループ工程と、
全ての端末が、それぞれ選択した伝送リソースを利用して、所望のデータを前記基地局に送信するデータ送信工程と、
前記基地局が各端末から前記データを受信するデータ受信工程とを、
有することを特徴とする無線通信方法。
【請求項３】
前記無線伝送チャンネルは、各端末が選択した伝送リソースに関する選択情報を前記基地局に送信するための複数の予告フェーズと、各伝送リソースを含む伝送フェーズとを有し、各予告フェーズは、前記複数の予告グループごとに異なるよう定められており、
前記基地局は、所属する予告グループに関する情報と、所属する予告グループに対応する予告フェーズに関する情報とを、各端末に報知し、
各端末は、報知された前記予告フェーズに関する情報に基づいて、所属する予告グループに対応する予告フェーズで、それぞれが選択した伝送リソースに関する選択情報を前記基地局に送信し、前記伝送フェーズで前記データを前記基地局に送信することを
特徴とする請求項１または２記載の無線通信方法。
【請求項４】
ＣＤＭＡ方式を利用して各端末から前記基地局への通信を行うよう構成されており、
各端末は、対応する予告フェーズで前記選択情報を送信するときに使用する拡散符号と、その予告フェーズ内での前記選択情報の時間軸上での位置とに基づいて、前記データを変調するときの拡散符号を指定し、
前記基地局は、指定されたその拡散符号に基づいて、対応する端末から受信した前記データを逆変調することを
特徴とする請求項３記載の無線通信方法。
【請求項５】
ＴＤＭＡ方式を利用して各端末から前記基地局への通信を行うよう構成されており、
各端末は、対応する予告フェーズで前記選択情報を送信するときの、その予告フェーズ内での前記選択情報の時間軸上での位置に基づいて、前記データを送信するときの伝送フェーズ内でのタイムスロットを指定し、
前記基地局は、指定されたそのタイムスロットで、対応する端末の前記データを受信することを
特徴とする請求項３記載の無線通信方法。
【請求項６】
ＦＤＭＡ方式を利用して各端末から前記基地局への通信を行うよう構成されており、
各端末は、対応する予告フェーズで前記選択情報を送信するときに使用する周波数と、その予告フェーズ内での前記選択情報の時間軸上での位置とに基づいて、前記データを送信するときの周波数スロットを指定し、
前記基地局は、指定されたその周波数スロットで、対応する端末の前記データを受信することを
特徴とする請求項３記載の無線通信方法。
【請求項７】
前記無線伝送チャンネルは、データ伝送可能な複数の伝送リソースを含む伝送フェーズを複数有し、
各端末を、各伝送フェーズにそれぞれ対応する複数の多重アクセス群に分割し、
前記複数の多重アクセス群ごとに、その多重アクセス群に属する各端末が、対応する伝送フェーズで前記データの送信を行うよう、各端末の前記複数の予告グループへの分割から、前記基地局の前記データの受信までを行うことを
特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の無線通信方法。
【請求項８】
データ伝送可能な複数の伝送リソースを有する共通の無線伝送チャンネルを利用して、基地局と複数の端末との間で通信を行う無線通信システムであって、
各端末はあらかじめ、複数の予告グループに分割されており、各伝送リソースのうちの未選択の伝送リソースから、それぞれ一つの伝送リソースを任意に選択するリソース選択手段と、その選択情報を前記基地局に送信する予告情報通知手段と、選択した伝送リソースを利用して、前記基地局に所望のデータの送信を行うデータ送信手段とを有し、
前記基地局は、各伝送リソースのうちの未選択の伝送リソースに関する空きリソース情報を整理するリソース管理手段と、その空きリソース情報を所定の端末に送信する空きリソース通知手段と、前記データ送信手段で送信された各端末からの前記データを受信するデータ受信手段とを有し、
全ての予告グループについて順番に、その予告グループに属する各端末が、前記リソース選択手段でそれぞれ一つの伝送リソースを任意に選択し、その選択情報を前記予告情報通知手段で前記基地局に送信し、
その間、前記基地局が、１つの予告グループが伝送リソースの選択を行うたびに、前記選択情報に基づいて前記リソース管理手段で空きリソース情報を整理し、前記空きリソース通知手段でその空きリソース情報を次の予告グループに所属する各端末に送信し、
全ての予告グループについて、前記リソース選択手段による伝送リソースの選択が終わった後、全ての端末が、それぞれ選択した伝送リソースを利用して、前記データ送信手段で前記データを送信し、前記基地局が前記データ受信手段で前記データを受信するよう構成されていることを
特徴とする無線通信システム。
【請求項９】
各端末はあらかじめ、第１番目の予告グループから第Ｎ番目（ここで、Ｎは２以上の整数）の予告グループまで、Ｎ個の予告グルーブに分割されており、
第ｎ番目（ここで、ｎは１〜Ｎ−１の整数）の予告グループに属する各端末が、前記リソース選択手段で伝送リソースを選択して、前記予告情報通知手段でその選択情報を前記基地局に送信すると、前記基地局がこれまでに送信された前記選択情報に基づいて、前記リソース管理手段で空きリソース情報を整理し、前記空きリソース通知手段でその空きリソース情報を第ｎ＋１番目の予告グループに属する各端末に送信し、前記第ｎ＋１番目の予告グループに属する各端末が、その空きリソース情報に基づいて前記リソース選択手段で伝送リソースを選択するという選択ループを、ｎ＝１からｎ＝Ｎ−１まで順番に繰り返した後、
全ての端末が、それぞれ選択した伝送リソースを利用して、前記データ送信手段で前記データを送信し、前記基地局が前記データ受信手段で前記データを受信するよう構成されていることを
特徴とする請求項８記載の無線通信システム。
【請求項１０】
前記無線伝送チャンネルは、各端末が選択した伝送リソースに関する選択情報を前記基地局に送信するための複数の予告フェーズと、各伝送リソースを含む伝送フェーズとを有し、各予告フェーズは、前記複数の予告グループごとに異なるよう定められており、
前記基地局は、所属する予告グループに関する情報と、所属する予告グループに対応する予告フェーズに関する情報とを、各端末に報知する報知情報送信手段を有し、
前記予告情報通知手段は、報知された前記予告フェーズに関する情報に基づいて、所属する予告グループに対応する予告フェーズで、それぞれが選択した伝送リソースに関する選択情報を前記基地局に送信し、
前記データ送信手段は、前記伝送フェーズで前記データを前記基地局に送信するよう構成されていることを
特徴とする請求項８または９記載の無線通信システム。
【請求項１１】
ＣＤＭＡ方式を利用して各端末から前記基地局への通信を行うよう構成されており、
前記予告情報通知手段は、対応する予告フェーズで前記選択情報を送信するときに使用する拡散符号と、その予告フェーズ内での前記選択情報の時間軸上での位置とに基づいて、前記データを変調するときの拡散符号を指定するよう前記選択情報を送信し、
前記基地局は、前記予告情報通知手段で指定された拡散符号に基づいて、対応する端末から受信した前記データを逆変調する逆変調手段を有することを
特徴とする請求項１０記載の無線通信システム。
【請求項１２】
ＴＤＭＡ方式を利用して各端末から前記基地局への通信を行うよう構成されており、
前記予告情報通知手段は、対応する予告フェーズ内での前記選択情報の時間軸上での位置に基づいて、前記データを送信するときの伝送フェーズ内でのタイムスロットを指定するよう前記選択情報を送信し、
前記基地局は、前記予告情報通知手段で指定されたタイムスロットで、対応する端末の前記データを受信するよう構成されていることを
特徴とする請求項１０記載の無線通信システム。
【請求項１３】
ＦＤＭＡ方式を利用して各端末から前記基地局への通信を行うよう構成されており、
前記予告情報通知手段は、対応する予告フェーズで前記選択情報を送信するときに使用する周波数と、その予告フェーズ内での前記選択情報の時間軸上での位置とに基づいて、前記データを送信するときの周波数スロットを指定するよう前記選択手段を送信し、
前記基地局は、前記予告情報通知手段で指定された周波数スロットで、対応する端末の前記データを受信するよう構成されていることを
特徴とする請求項１０記載の無線通信システム。
【請求項１４】
前記無線伝送チャンネルは、データ伝送可能な複数の伝送リソースを含む伝送フェーズを複数有し、
各端末は、各伝送フェーズにそれぞれ対応する複数の多重アクセス群に分割されており、
前記複数の多重アクセス群ごとに、その多重アクセス群に属する各端末が、対応する伝送フェーズで前記データの送信を行うよう、各端末の前記複数の予告グループへの分割から、前記基地局の前記データの受信までを行うことを
特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信方法および無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、莫大な数の端末を１つの基地局に収容するシステムの開発が進められている。１つ目の例として、準天頂衛星などの衛星を用いた災害時メッセージ通信システムが挙げられる。このシステムは、各個人が所有する携帯端末と衛星とが直接通信を行い、端末の位置とショートメッセージとを伝送するものである。特に、被災直後における安否確認の手段として期待されている。２つ目の例として、広域センサーネットシステムが挙げられる。これは、半径数１０ｋｍに及ぶ広域セルを形成し、セル内に配置されたセンサー群から情報を収集するシステムである。今後、あらゆる「モノ」がネットワークにつながる社会になると予想されているが、この広域センサーネットシステムは、機械対機械（Ｍ２Ｍ）通信を支えるインフラの一つとして期待されている。
【０００３】
上記の両システムともに、その性質上、一つの基地局に莫大な数の端末を収容することが期待されている。一方で、アプリケーションの視点で見た場合、動画伝送やコンテンツダウンロードなどが想定される携帯電話システムとは異なり、端末当たりの情報伝送量は極めて小さくなることが予想される。携帯電話システムでは、事前に基地局と端末とが制御情報のやりとりを行い、端末同士で衝突が発生しないように、各端末に使用する無線リソースを割り当てる。各端末は、割り当てられたリソースを用いて大容量データを伝送することにより、非常に高い回線利用効率を実現できる。
【０００４】
これに対し、ショートメッセージやセンサーネットでは、端末数が莫大な上に、端末当たりの伝送情報が少ないため、端末個別の制御を行うには制御情報の割合が相対的に大きくなってしまい、回線利用効率が極めて悪くなるという問題がある。このため、このようなアプリケーションでは、一般的に端末個別の制御を行わず、端末間の衝突を許容したランダムアクセス方式が用いられる。この方式では、端末は任意の無線リソースを用いて送信を行い、送達確認を受信することで伝送を完了する。送達確認が得られない場合には、衝突が発生したものとして、再送を行う。この方式は、制御情報が少なくて済む反面、無線回線上で衝突が発生するため、回線利用効率がさほど高くならないという欠点を有する。
【０００５】
従来、衛星回線などで一般的に用いられているランダムアクセス方式として、Slotted ALOHA方式が挙げられる。この方式は、全端末が時間的に同期しており、送信する情報が一定サイズのブロックに分けられているときに用いられる。無線回線は情報ブロックを収容可能なスロットに分割されており、各端末はスロット先頭で一斉に送信を開始する。この方式では、スロット途中での衝突が発生せず、スロット単位でのみ衝突が生じるため、回線利用効率が高くなる。それでも理論的な回線利用効率の最大値は、３６．８％に留まる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
さらなる回線利用効率の向上を図る手法として、Reservation ALOHAと呼ばれる方法が提案されている（例えば、特許文献１または２参照）。これは、無線リソースを予約フェーズとデータ伝送フェーズとに分け、予約フェーズでは短いスロット、データ伝送フェーズには長いスロットを設定する。送信データを有する端末は、予約フェーズにおいて、基地局に対して無線リソースを要求する信号を送信する。基地局では、どの端末が送信要求を出しているかを把握し、個別の端末に対して、後段のデータ伝送フェーズで使用すべき無線リソースを割り当てる。割り当てを受けた端末は、指定された無線リソースを用いてデータ伝送を行う。
【０００７】
このReservation ALOHA方式には、様々なバリエーションが存在するが、例えば予約フェーズで特殊なトーン信号を利用するもの（例えば、特許文献１参照）や、あるいは予約段階で端末数を把握し、ランダムアクセスする端末数を制限する方式（例えば、特許文献２参照）などがある。この方式によれば、衝突が発生するのは無線リソースの割り当てが小さな予約フェーズだけであり、データ伝送フェーズでは、衝突を伴わない高効率な無線伝送が実現できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ウィキペディア、“ALOHA”、［平成２６年２月３日検索］、インターネット〈URL: http://ja.wikipedia.org/wiki/ALOHA〉
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７−１５４３６３号公報
【特許文献２】特開２０１３−２３２７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
回線利用効率の改善を考えた場合、非特許文献１に記載のように、Slotted ALOHA方式では、同時通信端末数を既知として理想的なリソースを準備したとしても、論理的な効率の上限３６．８％を超えることは不可能であるという課題があった。
【００１１】
また、無線リソースを予約フェーズとデータ伝送フェーズとに分け、ショートフレームによって予約操作を行う、特許文献１および２に記載のようなReservation ALOHA方式は、基地局側で予約要求を上げている個別の端末の識別を行い、該当端末に対してリソースの割り当てや通知処理が必要という点で、携帯電話型のシステムと同様の方式である。この方式は、後段のデータ伝送フェーズに対して予約フェーズに割り当てるリソースが十分に小さい場合には、回線利用効率向上の効果が生じるが、端末数が莫大で、個々の端末からのデータ伝送量が小さいショートメッセージやセンサーネット型のシステムにはほとんど効果がないという課題があった。
【００１２】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、個々の端末に対する制御が不要で、個々の端末からのデータ伝送量が小さいショートメッセージやセンサーネット型のシステムにおいて、高効率で通信を行うことができる無線通信方法および無線通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明に係る無線通信方法は、データ伝送可能な複数の伝送リソースを有する共通の無線伝送チャンネルを利用して、基地局と複数の端末との間で通信を行う無線通信方法であって、各端末をあらかじめ、複数の予告グループに分割しておき、全ての予告グループについて順番に、その予告グループに属する各端末が、各伝送リソースのうちの未選択の伝送リソースのうちから、それぞれ一つの伝送リソースを任意に選択し、その間、前記基地局が、１つの予告グループが伝送リソースの選択を行うたびに、未選択の伝送リソースに関する空きリソース情報を、次の予告グループに属する各端末に送信し、全ての予告グループについて伝送リソースの選択が終わった後、全ての端末が、それぞれ選択した伝送リソースを利用して、所望のデータを前記基地局に送信し、前記基地局がそのデータを受信することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る無線通信システムは、データ伝送可能な複数の伝送リソースを有する共通の無線伝送チャンネルを利用して、基地局と複数の端末との間で通信を行う無線通信システムであって、各端末はあらかじめ、複数の予告グループに分割されており、各伝送リソースのうちの未選択の伝送リソースから、それぞれ一つの伝送リソースを任意に選択するリソース選択手段と、その選択情報を前記基地局に送信する予告情報通知手段と、選択した伝送リソースを利用して、前記基地局に所望のデータの送信を行うデータ送信手段とを有し、前記基地局は、各伝送リソースのうちの未選択の伝送リソースに関する空きリソース情報を整理するリソース管理手段と、その空きリソース情報を所定の端末に送信する空きリソース通知手段と、前記データ送信手段で送信された各端末からの前記データを受信するデータ受信手段とを有し、全ての予告グループについて順番に、その予告グループに属する各端末が、前記リソース選択手段でそれぞれ一つの伝送リソースを任意に選択し、その選択情報を前記予告情報通知手段で前記基地局に送信し、その間、前記基地局が、１つの予告グループが伝送リソースの選択を行うたびに、前記選択情報に基づいて前記リソース管理手段で空きリソース情報を整理し、前記空きリソース通知手段でその空きリソース情報を次の予告グループに所属する各端末に送信し、全ての予告グループについて、前記リソース選択手段による伝送リソースの選択が終わった後、全ての端末が、それぞれ選択した伝送リソースを利用して、前記データ送信手段で前記データを送信し、前記基地局が前記データ受信手段で前記データを受信するよう構成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る無線通信方法は、本発明に係る無線通信システムで好適に実施される。本発明に係る無線通信方法および無線通信システムは、各端末を複数の予告グループに分割し、予告グループごとに未選択の伝送リソースから各端末が伝送リソースを選択するため、各予告グループ間では、伝送リソースを重複して選択することはない。このため、各端末から所望のデータを送信する際に、異なる予告グループに属する端末の間での衝突を回避することができる。これにより、伝送リソースの利用効率、すなわち無線伝送チャンネルの回線利用効率を高めることができ、高効率で無線通信を行うことができる。
【００１６】
本発明に係る無線通信方法および無線通信システムは、自身が使用する伝送リソースを各端末が任意に選択するものであり、基地局による個々の端末に対する伝送リソースの割り当てや通知処理などの制御が不要である。このため、個々の端末からのデータ伝送量が小さいショートメッセージやセンサーネット型のシステムで利用されると、Reservation ALOHA方式や携帯電話型のシステムと比べて回線利用効率が特に高くなり、高効率の無線通信が可能となる。
【００１７】
本発明に係る無線通信方法および無線通信システムでは、最後の予告グループに属する各端末が伝送リソースの選択を行った後は、基地局への選択情報の送信を行わず、すぐに全ての端末から所望のデータを送信するよう構成されていることが好ましい。また、各予告グループ内では、所望のデータを送信する際、端末間で衝突が発生することがあるため、衝突が発生した端末については、データ送信が成功するまで、伝送フレームの選択からデータ送信までの手順を繰り返すことが好ましい。また、本発明に係る無線通信方法および無線通信システムで、基地局は、複数の端末との間で通信可能であれば、いかなるものであってもよく、例えば、準天頂衛星などの衛星や地上に設置された基地局から成っている。
【００１８】
本発明に係る無線通信方法および無線通信システムで、各端末と基地局との間の通信は、ＴＤＭＡやＦＤＭＡ、ＣＤＭＡなどの分割多重方式を利用して行われることが好ましい。なお、伝送リソースは、共通の無線伝送チャンネルで多重通信を行う際に、その無線伝送チャンネルをＴＤＭＡやＦＤＭＡ、ＣＤＭＡなどの分割多重方式で複数に分割したときの個々の分割部分のことである。
【００１９】
本発明に係る無線通信方法は、データ伝送可能な複数の伝送リソースを有する共通の無線伝送チャンネルを利用して、基地局と複数の端末との間で通信を行う無線通信方法であって、各端末をあらかじめ、複数の予告グループに分割しておき、第１番目の予告グループに属する各端末が、各伝送リソースのうちから、それぞれ一つの伝送リソースを任意に選択する初期リソース選択工程と、前記第１番目の予告グループに属する各端末が、選択した伝送リソースに関する選択情報を前記基地局に送信する初期予告情報通知工程と、前記基地局が、これまでに送信された前記選択情報に基づいて、未選択の伝送リソースに関する空きリソース情報を整理するリソース管理工程と、前記基地局が、前記空きリソース情報を次の予告グループに属する各端末に送信する空きリソース通知工程と、前記次の予告グループに属する各端末が、前記空きリソース情報に基づいて、前記未選択の伝送リソースのうちから、それぞれ一つの伝送リソースを任意に選択するリソース選択工程と、前記次の予告グループに属する各端末が、選択した伝送リソースに関する選択情報を前記基地局に送信する予告情報通知工程と、前記リソース管理工程と前記リソース通知工程と前記リソース選択工程と前記予告情報通知工程とを、最後の予告グループに属する各端末が、前記リソース選択工程を行うまで繰り返す選択ループ工程と、全ての端末が、それぞれ選択した伝送リソースを利用して、所望のデータを前記基地局に送信するデータ送信工程と、前記基地局が各端末から前記データを受信するデータ受信工程とを、有することが好ましい。この場合、特に高効率で通信を行うことができる。
【００２０】
本発明に係る無線通信システムで、各端末はあらかじめ、第１番目の予告グループから第Ｎ番目（ここで、Ｎは２以上の整数）の予告グループまで、Ｎ個の予告グルーブに分割されており、第ｎ番目（ここで、ｎは１〜Ｎ−１の整数）の予告グループに属する各端末が、前記リソース選択手段で伝送リソースを選択して、前記予告情報通知手段でその選択情報を前記基地局に送信すると、前記基地局がこれまでに送信された前記選択情報に基づいて、前記リソース管理手段で空きリソース情報を整理し、前記空きリソース通知手段でその空きリソース情報を第ｎ＋１番目の予告グループに属する各端末に送信し、前記第ｎ＋１番目の予告グループに属する各端末が、その空きリソース情報に基づいて前記リソース選択手段で伝送リソースを選択するという選択ループを、ｎ＝１からｎ＝Ｎ−１まで順番に繰り返した後、全ての端末が、それぞれ選択した伝送リソースを利用して、前記データ送信手段で前記データを送信し、前記基地局が前記データ受信手段で前記データを受信するよう構成されていることが好ましい。この場合、特に高効率で通信を行うことができる。
【００２１】
本発明に係る無線通信方法で、前記無線伝送チャンネルは、各端末が選択した伝送リソースに関する選択情報を前記基地局に送信するための複数の予告フェーズと、各伝送リソースを含む伝送フェーズとを有し、各予告フェーズは、前記複数の予告グループごとに異なるよう定められており、前記基地局は、所属する予告グループに関する情報と、所属する予告グループに対応する予告フェーズに関する情報とを、各端末に報知し、各端末は、報知された前記予告フェーズに関する情報に基づいて、所属する予告グループに対応する予告フェーズで、それぞれが選択した伝送リソースに関する選択情報を前記基地局に送信し、前記伝送フェーズで前記データを前記基地局に送信することが好ましい。
【００２２】
また、本発明に係る無線通信システムで、前記無線伝送チャンネルは、各端末が選択した伝送リソースに関する選択情報を前記基地局に送信するための複数の予告フェーズと、各伝送リソースを含む伝送フェーズとを有し、各予告フェーズは、前記複数の予告グループごとに異なるよう定められており、前記基地局は、所属する予告グループに関する情報と、所属する予告グループに対応する予告フェーズに関する情報とを、各端末に報知する報知情報送信手段を有し、前記予告情報通知手段は、報知された前記予告フェーズに関する情報に基づいて、所属する予告グループに対応する予告フェーズで、それぞれが選択した伝送リソースに関する選択情報を前記基地局に送信し、前記データ送信手段は、前記伝送フェーズで前記データを前記基地局に送信するよう構成されていることが好ましい。
【００２３】
本発明に係る無線通信方法および無線通信システムは、予告グループに関する情報と予告フェーズに関する情報とを、あらかじめ各端末に報知しておくことにより、より効率良く通信を行うことができる。また、予告グループ数の変更や、各端末の予告グルーブへの割り当ての変更などに、柔軟に対応することができる。
【００２４】
本発明に係る無線通信方法は、ＣＤＭＡ方式を利用して各端末から前記基地局への通信を行うよう構成されており、各端末は、対応する予告フェーズで前記選択情報を送信するときに使用する拡散符号と、その予告フェーズ内での前記選択情報の時間軸上での位置とに基づいて、前記データを変調するときの拡散符号を指定し、前記基地局は、指定されたその拡散符号に基づいて、対応する端末から受信した前記データを逆変調してもよい。また、本発明に係る無線通信システムは、ＣＤＭＡ方式を利用して各端末から前記基地局への通信を行うよう構成されており、前記予告情報通知手段は、対応する予告フェーズで前記選択情報を送信するときに使用する拡散符号と、その予告フェーズ内での前記選択情報の時間軸上での位置とに基づいて、前記データを変調するときの拡散符号を指定するよう前記選択情報を送信し、前記基地局は、前記予告情報通知手段で指定された拡散符号に基づいて、対応する端末から受信した前記データを逆変調する逆変調手段を有してもよい。この場合、予告フェーズで使用する拡散符号と、その予告フェーズ内での選択情報の時間軸上での位置との関係に対応させて、送信するデータに使用する複数種類の拡散符号をあらかじめ割り当てておくことにより、予告フェーズで選択情報を送信するときに、データに使用する拡散符号を効率良く指定することができる。
【００２５】
また、本発明に係る無線通信方法は、ＴＤＭＡ方式を利用して各端末から前記基地局への通信を行うよう構成されており、各端末は、対応する予告フェーズで前記選択情報を送信するときの、その予告フェーズ内での前記選択情報の時間軸上での位置に基づいて、前記データを送信するときの伝送フェーズ内でのタイムスロットを指定し、前記基地局は、指定されたそのタイムスロットで、対応する端末の前記データを受信してもよい。また、本発明に係る無線通信システムは、ＴＤＭＡ方式を利用して各端末から前記基地局への通信を行うよう構成されており、前記予告情報通知手段は、対応する予告フェーズ内での前記選択情報の時間軸上での位置に基づいて、前記データを送信するときの伝送フェーズ内でのタイムスロットを指定するよう前記選択情報を送信し、前記基地局は、前記予告情報通知手段で指定されたタイムスロットで、対応する端末の前記データを受信するよう構成されていてもよい。この場合にも、予告フェーズで選択情報を送信するときに、データを送信するときのタイムスロットを効率良く指定することができる。
【００２６】
また、本発明に係る無線通信方法は、ＦＤＭＡ方式を利用して各端末から前記基地局への通信を行うよう構成されており、各端末は、対応する予告フェーズで前記選択情報を送信するときに使用する周波数と、その予告フェーズ内での前記選択情報の時間軸上での位置とに基づいて、前記データを送信するときの周波数スロットを指定し、前記基地局は、指定されたその周波数スロットで、対応する端末の前記データを受信してもよい。また、本発明に係る無線通信システムは、ＦＤＭＡ方式を利用して各端末から前記基地局への通信を行うよう構成されており、前記予告情報通知手段は、対応する予告フェーズで前記選択情報を送信するときに使用する周波数と、その予告フェーズ内での前記選択情報の時間軸上での位置とに基づいて、前記データを送信するときの周波数スロットを指定するよう前記選択手段を送信し、前記基地局は、前記予告情報通知手段で指定された周波数スロットで、対応する端末の前記データを受信するよう構成されていてもよい。この場合にも、予告フェーズで選択情報を送信するときに、データを送信するときの周波数スロットを効率良く指定することができる。
【００２７】
本発明に係る無線通信方法で、前記無線伝送チャンネルは、データ伝送可能な複数の伝送リソースを含む伝送フェーズを複数有し、各端末を、各伝送フェーズにそれぞれ対応する複数の多重アクセス群に分割し、前記複数の多重アクセス群ごとに、その多重アクセス群に属する各端末が、対応する伝送フェーズで前記データの送信を行うよう、各端末の前記複数の予告グループへの分割から、前記基地局の前記データの受信までを行ってもよい。また、本発明に係る無線通信システムで、前記無線伝送チャンネルは、データ伝送可能な複数の伝送リソースを含む伝送フェーズを複数有し、各端末は、各伝送フェーズにそれぞれ対応する複数の多重アクセス群に分割されており、前記複数の多重アクセス群ごとに、その多重アクセス群に属する各端末が、対応する伝送フェーズで前記データの送信を行うよう、各端末の前記複数の予告グループへの分割から、前記基地局の前記データの受信までを行ってもよい。この場合、端末の数が非常に多いときでも、限られた無線伝送チャンネルの資源を効率良く利用して、多数の端末と基地局との間で高効率の通信を行うことができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、個々の端末に対する制御が不要で、個々の端末からのデータ伝送量が小さいショートメッセージやセンサーネット型のシステムにおいて、高効率で通信を行うことができる無線通信方法および無線通信システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態の無線通信方法および無線通信システムを示す全体構成図である。
【図２】本発明の実施の形態の無線通信方法および無線通信システムの基地局を示すブロック構成図である。
【図３】本発明の実施の形態の無線通信方法および無線通信システムの端末を示すブロック構成図である。
【図４】本発明の実施の形態の無線通信方法および無線通信システムの、各端末を４つの予告グループに分割したときの、無線伝送チャンネルのフレーム構成図である。
【図５】本発明の実施の形態の無線通信方法および無線通信システムの、ＣＤＭＡ方式でデータ送信を行う実施例の、予告フェーズによる拡張符号の指定方法を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態の無線通信方法および無線通信システムの、各端末を４つの予告グループに分割したときの、基地局および各端末の動作を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態の無線通信方法および無線通信システムの、データ送信のシミュレーションにより求められた回線利用効率の経時変化を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態の無線通信方法および無線通信システムの、各端末を多重アクセス群に分割する変形例の、各多重アクセス群の端末を４つの予告グループに分割したときの、無線伝送チャンネルのフレーム構成および動作を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図８は、本発明の実施の形態の無線通信方法および無線通信システムを示している。
図１に示すように、本発明の実施の形態の無線通信システムは、基地局１と複数の端末２とを有しており、基地局１と各端末２との間で共通の無線伝送チャンネルを利用して通信を行うようになっている。各端末２と基地局１との間の通信は、ＴＤＭＡやＦＤＭＡ、ＣＤＭＡなどの分割多重方式を利用して行われるようになっている。無線伝送チャンネルは、複数の予告フェーズと、それに続く、複数の伝送リソースを含む伝送フェーズとを有している。
【００３１】
基地局１は、衛星から成っている。なお、基地局１は、各端末２との間で通信可能であれば、衛星に限らずいかなるものであってもよく、地上に設置された基地局から成っていてもよい。図２に示すように、基地局１は、アンテナ１１と無線機能部１２と報知情報送信手段１３と予告情報受信手段１４とリソース管理手段１５と空きリソース通知手段１６とデータ受信手段１７と正常性確認手段１８とＡｃｋ通知手段１９とを有している。
【００３２】
無線機能部１２は、アンテナ１１を介して各端末２との送受信を行うようになっている。報知情報送信手段１３は、各端末２を各予告フェーズに対応する複数の予告グループに分割し、各端末２に対して、所属する予告グループに関する情報と、所属する予告グループに対応する予告フェーズに関する情報とを、報知するようになっている。また、利用可能な伝送リソースに関する情報も報知するようになっている。予告情報受信手段１４は、各端末２が選択した伝送リソースに関する選択情報を、各端末２から受信するようになっている。
【００３３】
リソース管理手段１５は、これまでに受信した選択情報を集計し、各伝送リソースのうちの未選択の伝送リソースに関する空きリソース情報を整理するようになっている。空きリソース通知手段１６は、その空きリソース情報を、未だ選択情報を受信していない端末２に送信するようになっている。データ受信手段１７は、各端末２から送信される所望のデータを受信するようになっている。正常性確認手段１８は、その受信したデータの正常性を確認するようになっている。Ａｃｋ通知手段１９は、正常性が確認されたデータを送信した端末２に対して、Ａｃｋ信号を送信するようになっている。なお、データ受信手段１７で受信したデータは、地上のハブステーション（Hub station）にダウンリンクされ、データベースサーバー（Database server）に保存されるようになっている。
【００３４】
各端末２は、携帯電話や無線通信機能を備えたセンサーなどから成っている。図３に示すように、各端末２は、アンテナ２１と無線機能部２２とタイミング制御手段２３とリソース選択手段２４と予告情報通知手段２５とデータ送信手段２６とを有している。無線機能部２２は、アンテナ２１を介して基地局１との送受信を行うようになっている。タイミング制御手段２３は、報知情報送信手段１３により基地局１から報知された予告グループおよび予告フェーズに関する情報等に基づいて、送信時の送信タイミングを制御するようになっている。また、所望のデータを送信するときに伝送フェーズで送信するよう、送信タイミングを制御するようになっている。
【００３５】
リソース選択手段２４は、空きリソース通知手段１６により基地局１から送信された空きリソース情報等に基づいて、未選択の伝送リソースから、それぞれ一つの伝送リソースを任意に選択するようになっている。予告情報通知手段２５は、その伝送リソースの選択情報を、基地局１に送信するようになっている。このとき、予告情報通知手段２５は、タイミング制御手段２３で送信タイミングを制御して、所属する予告グループに対応する予告フェーズで送信するようになっている。
【００３６】
データ送信手段２６は、送信したい情報からデータを生成し、選択した伝送リソースを利用して、基地局１にそのデータの送信を行うようになっている。このとき、データ送信手段２６は、タイミング制御手段２３で送信タイミングを制御することにより、伝送フェーズで送信するようになっている。また、各端末２は、データの送信後、Ａｃｋ信号を所定の時間受信しなかったとき、データの再送信を試みるための再送処理手順を行うようになっている。
【００３７】
本発明の実施の形態の無線通信方法は、本発明の実施の形態の無線通信システムにより実施することができる。本発明の実施の形態の無線通信方法では、まず、基地局１が、報知情報送信手段１３により、各端末２を各予告フェーズに対応する複数の予告グループに分割し、所属する予告グループに関する情報と、所属する予告グループに対応する予告フェーズに関する情報とを、各端末２に報知する。
【００３８】
送信すべきユーザデータ（送信情報）を有し、送信待機状態にある各端末２は、基地局１からの報知情報から、どの予告グループに割り当てられたのかを確認し、利用する予告フェーズの情報を得る。また、タイミング制御手段２３により、送信時の送信タイミングを設定する。第１番目の予告グループに属する各端末２が、リソース選択手段２４により、各伝送リソースのうちから、それぞれ一つの伝送リソースを任意に選択する。さらに、予告情報通知手段２５により、選択した伝送リソースに関する選択情報を、第１番目の予告フェーズを利用して基地局１に送信する。
【００３９】
基地局１が、その選択情報を予告情報受信手段１４により受信し、リソース管理手段１５により、未選択の伝送リソースに関する空きリソース情報を整理する。さらに、空きリソース通知手段１６により、その空きリソース情報を、第２番目の予告グループに属する各端末２に送信する。第２番目の予告グループに属する各端末２が、その空きリソース情報を受信し、リソース選択手段２４により、その空きリソース情報に基づいて、未選択の伝送リソースのうちから、それぞれ一つの伝送リソースを任意に選択する。さらに、予告情報通知手段２５により、選択した伝送リソースに関する選択情報を、第２番目の予告フェーズを利用して基地局１に送信する。
【００４０】
この基地局１の予告情報受信手段１４、リソース管理手段１５および空きリソース通知手段１６、ならびに、端末２のリソース選択手段２４および予告情報通知手段２５による動作を、最後の予告グループに属する各端末２がリソース選択手段２４を行うまで繰り返す。全ての端末２で伝送リソースの選択が終わった後、全ての端末２が、データ送信手段２６により、それぞれ選択した伝送リソースを利用して、伝送フェーズで所望のデータを基地局１に送信する。
【００４１】
基地局１が、データ受信手段１７により、そのデータを受信する。さらに、正常性確認手段１８により、受信したデータの正常性が確認され、上位層へ送られる。また、正常性が確認された端末２に対しては、Ａｃｋ通知手段１９により、Ａｃｋ信号を送信する。Ａｃｋ信号を受信しなかった端末２は、送信が失敗したものとみなし、再送処理手順に移行する。再送処理手順では、伝送フレームの選択からデータ送信までの手順を繰り返す。
【００４２】
このように、本発明の実施の形態の無線通信方法および無線通信システムは、各端末２を複数の予告グループに分割し、予告グループごとに未選択の伝送リソースから各端末２が伝送リソースを選択するため、各予告グループ間では、伝送リソースを重複して選択することはない。このため、各端末２から所望のデータを送信する際に、異なる予告グループに属する端末２の間での衝突を回避することができる。これにより、伝送リソースの利用効率、すなわち無線伝送チャンネルの回線利用効率を高めることができ、高効率で無線通信を行うことができる。
【００４３】
また、本発明の実施の形態の無線通信方法および無線通信システムは、自身が使用する伝送リソースを各端末２が任意に選択するものであり、基地局１による個々の端末２に対する伝送リソースの割り当てや通知処理などの制御が不要である。このため、個々の端末２からのデータ伝送量が小さいショートメッセージやセンサーネット型のシステムで利用されると、Reservation ALOHA方式や携帯電話型のシステムと比べて回線利用効率が特に高くなり、高効率の無線通信が可能となる。
【００４４】
なお、本発明の実施の形態の無線通信方法および無線通信システムでは、各予告グループ内では、所望のデータを送信する際、各端末２の間で衝突が発生することがあるため、衝突が発生した端末２については、データ送信が成功するまで、再送処理手順を行うことになる。
【００４５】
［具体例］
本発明の実施の形態の無線通信方法および無線通信システムの具体例を、図４乃至図６に示す。図４には、各端末２を４つの予告グループに分割したときの、無線伝送チャンネルのフレーム構成例を示す。図４に示すように、無線伝送チャンネルのフレーム構成は、それぞれ予告フェーズを含む３つの予告フレームと、空きリソース情報を通知するための３つの空きリソース通知フレームと、それらに続く、伝送フェーズを含むデータ伝送フレームとに設定されている。
【００４６】
図５に、ＣＤＭＡ方式を利用して各端末２から基地局１への通信を行うときの、伝送リソースの予告方法の一例を示す。図５では、予告情報通知手段２５が、対応する予告フェーズで選択情報を送信する際、その選択情報を送信するときに使用する拡散符号と、その予告フェーズ内での選択情報の時間軸上での位置とに基づいて、データを変調するときの拡散符号（伝送リソース）を指定し、基地局１が、その指定された拡散符号に基づいて、対応する端末２から受信したデータを逆変調するようになっている。
【００４７】
例えば、ある端末２が、データに使用する拡散符号として、Code 0〜Code 15の中からCode 10を選択したとき、予告フェーズで使用する拡散符号として、Code 16〜Code 19の中からCode 18を使用し、予告フェーズ内での時間上の位置として、t=0〜t=3の中からt=2で送信を行う。これにより、基地局１では、予告フェーズの情報を復調したとき、その端末２がどの伝送フレーム、すなわちどの拡散符号を用いてデータを送信するのかがわかるため、データを受信したとき、その拡散符号を用いてデータの逆変調を行う。また、空いている拡散符号を整理して、空きリソース情報を得ることもできる。なお、選択情報としては、任意の信号を予告フェーズで送信すればよく、例えば１ビットの信号を送信するだけでもよい。また、複数の端末２が同じ拡散符号を指定した場合でも、合成された信号電力を検出することにより、その拡散符号が予告されたことを認識することができる。このとき、空きリソース情報が得られればよいため、どの端末２がその拡散符号を指定したのかを判別する必要はない。
【００４８】
なお、伝送リソースの予告方法として、ＣＤＭＡ方式ではなく、ＴＤＭＡ方式を利用して通信を行うよう構成され、各端末２が送信する選択情報の予告フェーズ内での時間軸上での位置に基づいて、所望のデータを送信するときの伝送フェーズ内でのタイムスロットを指定してもよい。また、ＦＤＭＡ方式を利用して通信を行うよう構成され、各端末２が予告フェーズで選択情報を送信するときに使用する周波数と、その予告フェーズ内での選択情報の時間軸上での位置とに基づいて、所望のデータを送信するときの周波数スロットを指定してもよい。
【００４９】
図６に、各端末２を４つの予告グループに分割し、図５の方法を用いて伝送リソースの予告を行うときの、基地局１および各端末２の動作例を示す。図６に示すように、まず、利用可能な伝送リソースに関する情報が基地局１から通知される。それに対して、第１番目の予告グループ（Group1）の各端末２が、使用する伝送リソースを選択し、基地局１に対して予告する。基地局１では、予告された情報を集計し、空きリソースの状態を確定させ、第２番目の予告グループ（Group2）の各端末２に対して通知する。Group2では、通知された空きリソース情報に基づいて、空きリソースの中から伝送フェーズで利用する伝送リソースを選択し、基地局１に対して予告を行う。第３番目の予告グループ（Group3）の各端末２に対しても同様の動作が行われ、基地局１は、最後の予告グループ（Group4）の各端末２に対して、空きリソース情報の通知を行う。最後のGroup4は、通知された空きリソースの中から利用する伝送リソースを選択する。ここで、この最後のGroup4だけは、予告を行う必要は無い。伝送フェーズで、Group1〜4の全ての端末２が、選択・予告した伝送リソースを用いて、データ送信を実施する。
【００５０】
［データ送信のシミュレーション］
本発明の実施の形態の無線通信方法および無線通信システムを用いて、１０００個の端末２からデータの送信を行った場合についてシミュレーションを行った。シミュレーションにより求められた回線利用効率（channel efficiency）の経時変化を、図７に示す。なお、比較のため、従来のSlotted ALOHA方式（S-ALOHA）を用いた場合のシミュレーション結果も示す。この従来のSlotted ALOHA方式は、本発明の実施の形態の無線通信方法および無線通信システムの予告グループの数を１つにした場合に対応している。
【００５１】
図７に示すように、本発明の実施の形態の無線通信方法および無線通信システムでは、予告グループの数を２グループ、４グループ、８グループ、１６グループと増やすに従って、回線利用効率が向上し、全ての端末２の送信が成功するまでの時間も短くなることが確認された。例えば、予告グループの数が１６の場合には、回線利用効率が最大で８５％であった。また、最も回線利用効率の低い予告グループが２つの場合でも、従来のSlotted ALOHA方式よりも回線利用効率が高いことが確認された。これは、各端末２を複数の予告グループに分割することにより、異なる予告グループに属する端末２の間での衝突が回避されたためであると考えられる。なお、従来のSlotted ALOHA方式では、理論上、回線利用効率は最大で３６．８％であり、図７の結果と整合している。
【００５２】
［端末を多重アクセス群に分割する構成］
本発明の実施の形態の無線通信方法および無線通信システムは、無線伝送チャンネルが伝送フェーズを複数有し、各端末２を、各伝送フェーズにそれぞれ対応する複数の多重アクセス群に分割し、多重アクセス群ごとに、各端末２の複数の予告グループへの分割から、基地局１のデータの受信までを行うことにより、各多重アクセス群に属する各端末２が、対応する伝送フェーズでデータの送信を行うようになっていてもよい。
【００５３】
この場合、図２に示すように、基地局１が、同時多重アクセス端末数推定手段３１を有し、同時多重アクセス端末数推定手段３１が、複数の端末群から同時多重アクセス端末数を推定し、複数の伝送リソースを有する同一の伝送フェーズに対してランダムアクセスを実施する端末群を決定する。なお、一般的には、同時多重アクセス端末数Ｎに対して、Ｎ個の伝送リソースを割り当てると、ランダムアクセスの回線利用効率を最大化できることが知られている。このため、各伝送フェーズの伝送リソース数にほぼ等しい数の端末２を、各多重アクセス群に割り当てるのが好ましい。
【００５４】
また、基地局１の報知情報送信手段１３が、各端末２を各多重アクセス群に分割し、各端末２に対して、所属する多重アクセス群に関する情報と、所属する多重アクセス群に対応する伝送フェーズに関する情報とを、所属する予告グループおよび予告フェーズに関する情報と共に報知する。各多重アクセス群への分割は、例えば、各端末２に割り振られているＩＤ番号の一部を用いて行うことができる。また、各端末２のタイミング制御手段２３が、その所属する多重アクセス群および伝送フェーズに関する情報に基づいて、各伝送フェーズでの送信タイミングを制御する。
【００５５】
各多重アクセス群の端末２をそれぞれ４つの予告グループに分割したときの例を、図８に示す。図８では、m番目の多重アクセス群に対応する伝送フェーズをTime Slot m、m番目の多重アクセス群に割り当てられた各端末２が送信するデータ（メッセージデータ）をMDm、m番目の多重アクセス群のうちのｇ番目の予告グループに割り当てられた各端末２からの伝送リソースの選択情報をｒm,g、その選択情報ｒm,gに基づいて求められた空きリソース情報をＲm,gとしている。また、各伝送フェーズのうちの１つの伝送リソースを、予告フェーズ用のリソースとして使用している。
【００５６】
図８に示す例では、各伝送フェーズのうちのTime Slot nの多重アクセス群に割り当てられた各端末２は、第１番目の予告グループ（Group 1）の予告フェーズがTime Slot n-3に、第２番目の予告グループ（Group 2）の予告フェーズがTime Slot n-2に、第３番目の予告グループ（Group 3）の予告フェーズがTime Slot n-1に割り当てられている。すなわち、ある多重アクセス群において、データを送信するTime Slot直前の連続する３つのTime slotに、それぞれ異なる予告グループの予告フェーズが配置されている。これにより、多重アクセス群ごとに割り当てられたTime Slotでデータを送信することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１  基地局
１１  アンテナ
１２  無線機能部
１３  報知情報送信手段
１４  予告情報受信手段
１５  リソース管理手段
１６  空きリソース通知手段
１７  データ受信手段
１８  正常性確認手段
１９  Ａｃｋ通知手段
３１  同時多重アクセス端末数推定手段
２  端末
２１  アンテナ
２２  無線機能部
２３  タイミング制御手段
２４  リソース選択手段
２５  予告情報通知手段
２６  データ送信手段
【図２】
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【図３】
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【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015154258.tif 000009
【図８】
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