(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
僅かに周波数の異なる電波を用いて発生させたビート波を二つ用意して、互いに直交させ、かつ該ビート波の周波数を９０°ずらすことで、伝搬周波数に比べて低い周波数で回転する回転偏波をつくる回転偏波生成手段と、
前記回転偏波の一周期を分割して得られる各領域に強自己相関性を持つ同一符号を夫々割り当てるとともに、
前記回転偏波の一周期の所定位置に前記同一符号とは異なる弱相互相関性を持つ符号を割り当てる変調手段と、
前記変調された電波を送信する空間的に直交する第１および第２の送信アンテナと、を備え、
前記変調手段は、
前記弱相互相関性を持つ符号が、前記回転偏波の同一周期に一度以上存在せず、かつ、一度の通信においてすべての偏波角度領域に少なくとも一度は存在する
ことを特徴とする無線送信機。
【請求項２】
前記変調手段は、
前記弱相互相関性を持つ符号、および／または、前記弱相互相関性を持つ符号を複数有し、個別に用いて変調する
ことを特徴とする請求項１に記載の無線送信機。
【請求項３】
前記変調手段は、
前記弱相互相関性を持つ符号の前後に少なくとも一つ以上の前記強自己相関性を持つ符号が配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の無線送信機。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無線送信機が発信する電波を受信する無線受信機であって、
前記無線送信機が発信する電波を受信する空間的に直交する第１および第２の受信アンテナと、
前記無線送信機が用いる弱相互相関性を持つ符号および強自己相関性を持つ同一符号を記憶する記憶手段と、
受信した信号に含まれる複数の伝搬路から到来した電波に関して、前記弱相互相関性を持つ符号を用いて前記無線送信機の送信タイミングを割り出し、該送信タイミングに基づき、前記強自己相関性を持つ同一符号を用いて前記無線送信機が用いた偏波角度を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする無線受信機。
【請求項５】
前記検出手段は、前記第１および第２の受信アンテナの複数の出力を分岐し、それぞれに異なる偏角の正弦および余弦重みを乗じた後それらを合成することにより、同時に複数の異なる偏波で到来波を該偏波毎に受信する
ことを特徴とする請求項４に記載の無線受信機。
【請求項６】
空間的に直交する複数のアンテナを有する無線送信機および無線受信機を備える無線通信システムであって、
前記無線送信機は、
僅かに周波数の異なる電波を用いて発生させたビート波を二つ用意して、互いに直交させ、かつ該ビート波の周波数を９０°ずらすことで、伝搬周波数に比べて低い周波数で回転する回転偏波をつくる回転偏波生成手段と、
前記回転偏波の一周期を分割して得られる各領域に強自己相関性を持つ同一符号を夫々割り当てるとともに、
前記回転偏波の一周期の所定位置に前記同一符号とは異なる弱相互相関性を持つ符号を割り当てる変調手段と、を備え、
前記変調手段は、
前記弱相互相関性を持つ符号が、前記回転偏波の同一周期に一度以上存在せず、かつ、一度の通信においてすべての偏波角度領域に少なくとも一度は存在し、
前記無線受信機は、
前記無線送信機が用いる弱相互相関性を持つ符号および強自己相関性を持つ同一符号を記憶する記憶手段と、
受信した信号に含まれる複数の伝搬路から到来した電波に関して、前記弱相互相関性を持つ符号を用いて前記無線送信機の送信タイミングを割り出し、該送信タイミングに基づき、前記強自己相関性を持つ同一符号を用いて前記無線送信機が用いた偏波角度を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線送信機、無線受信機、および無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話の全世界的な普及を可能とした通信技術は、従来の通信・放送用とに留まらず、高信頼および高セキュアな通信が求められる社会インフラ機器の監視・制御を主目的とする無線ネットワークの実現に向けて、関係各機関で研究・開発が鋭意進められている。社会インフラ機器の制御・監視ネットワークでは、通信サービスエリアがインフラシステム内に限定されることと、同システムを構成する機器の動作を妨げないために、該機器に無線機を設置し、各無線機間で通信するメッシュネットワークの構成が望まれている。そのようなメッシュネットワークでは、送信局と受信局の間に顕著な高低差を設けることは期待できず、かつ無線機から放射される電磁波が該機器により散乱を受けるので、通信は非見通し波である多重反射波を用いて行われる。
【０００３】
このような環境では、受信機は複数の伝搬路からの電波を同時に受け取るので、受信機が獲得する電力は同時に到来する該電波同士の干渉により強度が増減する。電波はベクトル波であるからこの干渉の要因は大別して、到来波の位相差と偏波ベクトルの差である。一般に、非見通し波を用いて無線通信を行うのに適した周波数は概略３００ＭＨｚから３ＧＨｚである。それよりも高い周波数では送信機から放射された電波の到達距離が一般の社会インフラシステムの設置エリアである数１００ｍから数ｋｍより短くなり、それより低い周波数では電波を放射する無線機の寸法である数１０ｃｍ以下の寸法でアンテナを実現することが困難となる。
【０００４】
到来波の位相差に関する干渉は、使用する電波の波長のオーダーで変動するので、３００ＭＨｚから３ＧＨｚの周波数に対応する１０ｃｍから１ｍのオーダーで複数の伝搬路の行路長の変化に応じて複雑に変化する。社会インフラシステムを構成する機器の寸法は該伝搬路の行路長に比べて同等かそれ以上であり、該機器の設置間隔は該伝搬路の行路長に比べて大きいため、到来波の位相差に関する干渉を制御することは困難である。偏波ベクトルに関する干渉は、従来技術の電波では偏波ベクトルは固定、あるいは電波の伝搬周波数(搬送波周波数)で変化するので、同干渉は制御不可能あるいは前記と同様制御困難である。
近年、電波の偏波が搬送波周波数より低い周波数で回転する新たな電波が提案されている。
【０００５】
特許文献１には、第１の周波数の情報信号を第２の周波数で変調し、第１の変調信号を出力する第１の変調手段と、前記情報信号を、前記第２の周波数と僅かに異なる第４の周波数で変調し、第４の変調信号を出力する第４の変調手段と、前記第１の変調信号と前記第４の変調信号とを合成して、前記第２の周波数と前記第４の周波数の差によって生じた第３の周波数で更に変調した第１の出力信号を出力する第１の合成手段と、前記第１の変調信号と前記第４の変調信号の反転信号とを合成して、前記第２の周波数と前記第４の周波数の反転信号との差によって生じた前記第３の周波数で更に変調した第２の出力信号を出力する第２の合成手段と、を有することを特徴とする偏波角度分割ダイバシチ無線送信機が記載されている。特許文献１に記載の技術を用いれば、偏波の変化する周波数に対応する波長を、社会インフラシステムを構成する機器の寸法および設置間隔のオーダーより大きくすることができるので、送信機と受信機が任意の偏波で送信と受信を行うことにより、受信機に到来する複数の電波の偏波ベクトルに関する干渉を低減できる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５６３２５３０号公報
【特許文献２】特開平７−１８３８２７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、無線通信システムとして、送受信機がそのような特定の偏波を用いて通信するためには、受信機に送信機が用いた偏波を認識させる必要があるが、同特許文献にはその具体的な方法は示されていない。
また、特許文献２には、偏波が回転する電波を用いて通信する場合、信号に符号を重畳させて情報を伝送する技術について述べられているが、偏波ベクトルとの対応をとる技術の開示はなく、送信機と受信機が特定の偏波を用いて通信を行う方法は示されていない。
多重反射波が干渉する環境において、良好な情報伝達を可能とする無線通信システムを実現することが課題である。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高品質のデータ伝送が可能な無線送信機、無線受信機、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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の無線送信機は、僅かに周波数の異なる電波を用いて発生させたビート波を二つ用意して、互いに直交させ、かつ該ビート波の周波数を９０°ずらすことで、伝搬周波数に比べて低い周波数で回転する回転偏波をつくる回転偏波生成手段と、前記回転偏波の一周期を分割して得られる各領域に強自己相関性を持つ同一符号を夫々割り当てるとともに、前記回転偏波の一周期の所定位置に前記同一符号とは異なる弱相互相関性を持つ符号を割り当てる変調手段と、前記変調された電波を送信する空間的に直交する第１および第２の送信アンテナと、を備え、前記変調手段は、前記弱相互相関性を持つ符号が、前記回転偏波の同一周期に一度以上存在せず、かつ、一度の通信においてすべての偏波角度領域に少なくとも一度は存在することを特徴とする。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高品質のデータ伝送が可能な無線送信機、無線受信機、および無線通信システムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムを構成する送信機の概略の構成図である。
【図２】上記第１の実施形態に係る無線通信システムを構成する送信機の詳細な構成図である。
【図３】上記第１の実施形態に係る無線通信システムを構成する受信機の構成図である。
【図４】上記第１の実施形態に係る無線通信システムを構成する送信機の送信データの構成例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る無線通信システムを構成する送信機の送信データの他の構成例を示す図である。
【図６】上記第２の実施形態に係る無線通信システムを構成する送信機の送信データの他の構成例を示す図である。
【図７】上記第２の実施形態に係る無線通信システムを構成する送信機の送信データの他の構成例を示す図である。
【図８】上記第２の実施形態に係る無線通信システムを構成する送信機の送信データの他の構成例を示す図である。
【図９】上記第２の実施形態に係る無線通信システムを構成する送信機の送信データの他の構成例を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る無線通信システムを構成する受信機の他の構成例を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る無線機を用いる無線通信システムを適用した昇降機システムを示す概略の構成図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る無線機を用いる無線通信システムを適用した変電設備監視システムを示す概略の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
（原理説明）
従来、円偏波を用いたシステムは知られている（例えば特許文献１）。円偏波とは、電波の伝搬方向の周波数と電波の偏波面を回転（以下、本明細書において、回転とは電波の偏波面を回転することをいう）する回転方向の周波数とが同一の電波の偏波である。言い換えれば、円偏波は、空間的に９０°ずれていて、時間的に直交している電磁波である。ここでデジタル信号処理を安定に動作させるためには、アナログ信号を、所望の周波数の４倍以上のサンプリング周期でサンプリングし、このサンプリングしたデジタル信号をデジタル回路で処理させることが必要である。また、無線通信機器が取り扱う周波数は、３００ＭＨｚから３ＧＨｚの範囲に限られる。電磁波の周波数が３００ＭＨｚ以下の場合、電波を空中に放射する効率が著しく低下する。電磁波の周波数が３ＧＨｚ以上の場合、電波が空中を伝搬する際に被る遮蔽、反射、回折などによる散乱現象により電磁波エネルギの減衰が大きくなる。円偏波を特別な対策なく用いると、上記周波数のサンプリング周期の制限から、デジタル信号処理が多大となりコスト面および消費電力面から好ましくない。
【００１３】
そこで、本発明者らは、回転偏波という新しい電波を提案する。なお、回転偏波は、本発明者らが見出して命名したものである。
回転偏波は、非常に周波数の近い（例えば互いの周波数が０．５〜１．０％程度しか違わない）二つのキャリアを使う。このような僅かに周波数の異なる電波を用いると、ビート波が発生する。ビート波の周波数は、上記二つの周波数の差の１／２である。このビート波の波形を使ってビート波の周波数で電波を回転させる。
すなわち、ビート波の波形を二つ用意し、互いに９０°ずらす（直交にする）。なおかつ、ビート波の周波数を９０°ずらすと、ビート波の周波数でゆっくり回転する偏波がつくられる。これが回転偏波である。ちなみに、速く回転するものが上記円偏波である。本明細書において、回転偏波は、伝搬方向の周波数と回転方向の周波数とが独立に制御できる電磁波をいうものとする。なお、円偏波は、回転偏波の特殊な例として、伝搬方向の周波数と回転方向の周波数とが一致している電磁波ということもできる。
【００１４】
本発明は、偏波が伝搬周波数に比べて低い周波数で回転する回転偏波を用いて情報の伝送を行う無線通信システムを提供する。特に、受信機が複数の伝搬路から到来する電波を同時に受信するマルチパス環境で良好な受信感度を実現するものである。
受信機は、送信機が用いた回転偏波を識別し、複数の到来波の中で送信機が用いた特定の回転偏波の電波を選んで受信する。また、送信機と受信機が回転偏波を用いて通信を行う場合、主にコスト面の理由から、受信機の構成はなるべく変えず、送信機または送信データで対処したい要請がある。このとき必要となるのは、受信機は、送信機がどの偏波角度で送信したかを知らなければならないことと、マルチパス環境下で有効な回転偏波をいかにして取るかということである。
【００１５】
<回転偏波の同期>
受信機は、送信機が出している回転偏波の偏波角度を知るためには、通常、送信機と同期を取る必要がある。本発明は、受信機は、送信機と同期を取ることなく、受信した回転偏波から同期を取る手法を提供する。
本発明者らは、符号の相関には、自己相関と相互相関の二種類あることに着目した。
自己相関について述べる。強い自己相関性を持つということは、同じ符号に対して符号をずらしてみて（スライド相関してみて）、相関値の最大値（ＭＡＸ）とセカンド最大値との差がなるべく大きいものをいう。本明細書では、「強自己相関性」という。強自己相関性は、同じ符号同士の相関を取ったときに、相関値の最大値とセカンド最大値との差がなるべく大きいものを使いたい場合に用いる。
相互相関について述べる。相互相関は、二つの違う符号があって、それぞれの相関を取った時に最大値が一番小さいものをいう。本明細書では、「弱相互相関性」という。弱相互相関性は、違う符号同士に関しては、相互相関を取った時に最大値が一番小さいものを使いたい場合に用いる。回転偏波の一周周期の中に前記同一符号とは異なる弱相関性符号を割り当てることで、回転偏波の同期を取ることができる。
【００１６】
<有限のパス>
受信機は、マルチパス環境下でほぼ無限の連続的なパスを受信する。それらをデジタル信号処理することはデジタル信号処理が多大となり現実的ではない。そこで、本無線通信システムは、回転偏波を構成するビート波の一周期を分割し、強自己相関性を持つ同一符号を割り当てる。例えば、０°、４５°、９０°、１３５°の４５°分割した場合の回転偏波のみ（この例では、４種類）を離散的に取り扱う。また、この４種類を１つのグループとしてまとめて取り扱う。他の例では、４５°分割の更に１／２の２２．５°(８種類)を確認した。このようにまとめるために、符号を付けている。同じ符号がついているものは同一グループであるとする。例えば、０°から４５°の間に符号Ｐ１、４５°から９０°の間に符号Ｐ２、９０°から１３５°の間に符号Ｐ３を割り当てる。
【００１７】
（第１の実施形態）
［無線通信システムの構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システム１００を構成する送信機１０の概略の構成図である。
無線通信システム１００は、空間的に直交する複数のアンテナを具備する送受信機を用いる。送信機１０は、搬送波周波数よりも遅い周波数で偏波が回転する電波を用いる。
図１に示すように、無線通信システム１００を構成する送信機１０は、空間的に直交する第１の送信アンテナ１と第２の送信アンテナ２と、内部で近接する二つの搬送波により形成される同一周波数のビート波の同相成分３と直交位相成分４を生成し、強自己相関符号５（「Ｐ」参照）を収納する第１の符号バッファ１１（記憶手段）と、弱相互相関符号６（「Ｑ」参照）を収納する複数の第２の符号バッファ１２（記憶手段）と、を備える。送信機１０は、前記ビート波の同相成分（V-pol.）３と直交位相成分（H-pol.）４に符号を割り当てる重畳回路１３と、重畳回路１３に第１の符号バッファ１１および第２の符号バッファ１２の内容を選択して符号信号を供給する選択スイッチ１４と、選択スイッチ１４を所定順序に従って切り替える選択シーケンス記憶部１５と、を備える。図１中、ｆｐ−１は回転偏波の一周期の１／２を、ｆｃ−１はビート波の一振幅をそれぞれ表している。
上記第１の符号バッファ１１および第２の符号バッファ１２は、回転偏波生成手段の一部を構成し、上記重畳回路１３、選択スイッチ１４、および選択シーケンス記憶部１５は、変調手段を構成する。
なお、強自己相関符号５および弱相互相関符号６の詳細については、図４により後記する。
【００１８】
重畳回路１３は、同一周波数のビート波の同相成分３と直交位相成分４に対して、ビート周期を整数分割した各領域に強自己相関符号５を同じ時間タイミングで割り当てると共に、ビート周期のある一周期に該強自己相関符号５で挟まれた弱相互相関符号６を割り当てる。
重畳回路１３は、弱相互相関符号６の符号長は強自己相関符号５の符号長の整数倍であるため、強自己相関符号５の符号長ごとに符号とビート波の同相成分３と直交位相成分４との演算を行えばよい。
選択スイッチ１４は、選択シーケンス記憶部１５の選択シーケンスに従い、選択スイッチ１４を切り替える。送信機１０は、重畳回路１３を用いて後記する送信データを送信することができる。
【００１９】
図２は、上記送信機１０の詳細な構成図である。図１と同一構成部分には同一符号を付している。
送信機１０は、近接する二つの搬送波により形成される同一周波数のビート波の同相成分３（図１参照）と直交位相成分４を生成するために、下記の構成を採る。
図２に示すように、送信機１０は、第１の周波数の余弦発振器２１と、第２の周波数の余弦発振器２２と、第１の周波数の正弦発振器２３と、第２の周波数の正弦発振器２４と、第１の乗算器２５と、第２の乗算器２６と、第３の乗算器２７と、第４の乗算器２８と、加算器２９と、減算器３０と、を備える。
重畳回路１３は、符号信号を時系列で生成し、時系列で生成した符号信号を、第１の乗算器２５と第２の乗算器２６と第３の乗算器２７と第４の乗算器２８とに四分岐して出力する。
【００２０】
第１の乗算器２５は、第１の分岐出力に第１の余弦発振器２１の出力を重畳する。
第２の乗算器２６は、第２の分岐出力に第２の余弦発振器２２の出力を重畳する。
第３の乗算器２７は、第３の分岐出力に第１の正弦発振器２３の出力を重畳する。
第４の乗算器２８は、第４の分岐出力に第２の正弦発振器２４の出力を重畳する。
加算器２９は、第１の乗算器２５の出力と第２の乗算器２６の出力を同相合成し、第１の送信アンテナ１から空中に放射する。
減算器３０は、第３の乗算器２７の出力と第４の乗算器２８の出力を逆相合成し、第２の送信アンテナ２から空中に放射する。
【００２１】
図２の回路構成によれば、偏波が回転し、偏波回転の一周期を分割した領域に強自己相関符号あるいは弱相互相関符号を整数分割した各部分が割り当てられた電波を、直接ビート波を用いることなく送信することができる。ビート波を直接用いることなく送信することができるので、送信機１０のデジタル回路を簡略化することができる。なお、送信機１０の動作については、後記する。
【００２２】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システム１００を構成する受信機４０の構成図である。
図３に示すように、受信機４０は、空間的に直交する第１の受信アンテナ４１と第２の受信アンテナ４２と、偏角制御回路４３と、正弦重み回路４４と、余弦重み回路４５と、合成回路４６と、第１の可変遅延回路４７と、弱相互相関符号回路４８（記憶手段）と、第１の相関乗算回路４９と、復調回路５０と、第２の可変遅延回路５１と、複数の遅延回路５２と、第２の相関乗算回路５３と、強自己相関符号回路５４（記憶手段）と、ベースバンド回路５５と、を備える。
上記各部は、全体として、受信した信号に含まれる複数の伝搬路から到来した電波に関して、弱相互相関符号６を用いて送信機１０の送信タイミングを割り出し、該送信タイミングに基づき、強自己相関符号５を用いて送信機１０が用いた偏波角度を検出する検出手段を構成する。
【００２３】
第１の受信アンテナ４１の出力は、複数分それぞれに余弦重み回路４５が接続され、第２の受信アンテナ４２の出力は複数分それぞれに正弦重み回路４４が接続される。
偏角制御回路４３は、正弦重み回路４４と余弦重み回路４５の偏角を決定する。
合成回路４６は、正弦重み回路４４と余弦重み回路４５の出力を合成する。
第１の可変遅延回路４７は、合成回路４６の出力の一部を遅延して第１の相関乗算回路４９に出力する。
弱相互相関符号回路４８は、弱相互相関符号６を出力する。
第１の相関乗算回路４９は、第１の可変遅延回路４７により遅延された合成回路４６の出力と弱相互相関符号回路４８の出力との相関計算を行う。
復調回路５０は、相関計算結果に基づいて、第１の可変遅延回路４７の遅延量を変化させて、相関計算結果が最大となる遅延量を決定し、第１の可変遅延回路４７と第２の可変遅延回路５１に遅延量を指示する。
第２の可変遅延回路５１は、合成回路４６の出力の残りを遅延して遅延回路５２に出力する。
遅延回路５２は、複数配置されており、入力信号を順次遅延し、各々遅延して分岐出力する。
第２の相関乗算回路５３は、遅延回路５２からの各分岐出力と強自己相関符号回路５４の出力との相関計算を行い、ベースバンド回路５５に個別に出力する。
ベースバンド回路５５は、入力されたベースバンド信号ｐ１１〜ｐＮＭを処理する機能を有している。なお、受信機４０の動作については、後記する。
【００２４】
［無線通信システムの動作］
以下、上述のように構成された無線通信システム１００の動作を説明する。
<送信データの構成>
まず、無線通信システム１００を構成する送信機１０の送信データの構成を説明する。
図４は、無線通信システム１００を構成する送信機１０の送信データの構成例を示す図である。
図４に示すように、本無線通信システム１００では、符号においてその自己相関関数のサイドローブの最大値が符号を構成するビットよりも小さい（実用的には１／３以下）強自己相関符号５と、異なる符号においてそれらの相互相関関数の値が符号を構成するビットよりも小さい（実用的には１／３以下）弱相互相関符号６を用いる。
強自己相関符号５は、例えばＰＮ（Pseudo random Noise）符号を用いているが、どのような符号でもよい。このＰＮ符号のcode bitは、ｓｐ１，ｓｐ２，…，ｓｐｍである。また、弱相互相関符号６は、例えばＰＮ符号を用いているが、どのような符号でもよい。弱相互相関符号６は、強自己相関符号５とは異なる符号であり、code bitは、ｓｑ１，ｓｑ２，…，ｓｑｍである。
【００２５】
ここで、偏波回転の一周期に割り当てられた符号（強自己相関符号５）は、偏波回転の周波数を搬送波周波数より低くできるから、各伝搬路で生じる伝搬時間の差が偏波回転の一周期を分割した領域の時間より小さくなるように、偏波回転の周波数を設定し、各領域に同一の強自己相関符号５を割当て、一部の回転偏波の周期には強自己相関符号５に挟まれた弱相互相関符号６を割り当てる。図４では、同一周波数のビート波の同相成分３と直交位相成分４に対して、回転周期を分割して得られる各領域（ｆｐ−１参照）に強自己相関符号５（「Ｐ」参照）を４つ割り当てると共に、ビート周期のある一周期に強自己相関符号５で挟まれた弱相互相関符号６（「Ｑ」参照）を１つ割り当てる。なお、本実施形態では、弱相互相関符号６（「Ｑ」参照）の両隣の強自己相関符号５（「Ｐ」参照）は、ガードビットとして用いられる。ここで、同期が取れると時間軸からみてガードビットであることが分かる。
【００２６】
<送信機の動作>
次に、無線通信システム１００を構成する送信機１０の動作を説明する。
送信機１０（図１および図２参照）は、空間的に直交する第１の送信アンテナ１と第２の送信アンテナ２を具備し、内部で近接する二つの搬送波により形成される同一周波数のビート波の同相成分３と直交位相成分４を生成する。
送信機１０は、搬送波周波数よりも遅い周波数で偏波が回転する電波（「回転偏波」）を用いる。具体的には、送信機１０は、この偏波の回転周期を分割して得られる各領域に同一の強自己相関符号５を割り当てた偏波回転の一周期と、偏波回転の一周期内に強自己相関符号５を前後に従えた強自己相関符号５とは異なる弱相互相関符号６と、を生成する。
【００２７】
送信機１０は、二つの搬送波により形成される同一周波数のビート波の同相成分３と直交位相成分４に対して、ビート周期を整数分割した各領域に強自己相関符号５を同じ時間タイミングで割り当てるとともに、該ビート周期のある一周期に強自己相関符号５で挟まれた弱相互相関符号６を割り当てる。
送信機１０は、偏波回転の一周期内に強自己相関符号５を前後に従えた強自己相関符号５とは異なる弱相互相関符号６を有する一周期とが、混在する一連の偏波回転の複数の周期を用いて、各領域を単位として情報を転送する。
次いで、送信機１０は、ビート波の同相成分３と直交位相成分４をそれぞれ、第１の送信アンテナ１と第２の送信アンテナ２から空間に放射する。送信機１０は、空間的に直交する第１の送信アンテナ１と第２の送信アンテナ２で偏波が回転する電波を放射する。送信機１０から放射された偏波が回転する電波は、複数の異なる伝搬路を経て受信機４０（図３参照）に到達する。
【００２８】
このように、送信機１０は、内部で近接する二つの搬送波により形成される同一周波数のビート波の同相成分３と直交位相成分４を生成し、強自己相関符号５を収納する第１の符号バッファ１１と、弱相互相関符号６を収納する複数の第２の符号バッファ１２と、ビート波の同相成分（V-pol.）３と直交位相成分（H-pol.）４に符号を割り当てる重畳回路１３と、を備え、回転偏波の一周期を分割して得られる各領域に強自己相関性を持つ同一符号を夫々割り当てるとともに、回転偏波の一周期の所定位置に前記符号とは異なる弱相互相関性を持つ符号を割り当てるように変調する。
【００２９】
ちなみに、上記変調方法をアナログ的に記述すれば、「各回転偏波を構成するビート波の一周期が分割され、強自己相関性を持つ同一符号で変調され、異なる同一符号で各回転偏波を構成するビート波が変調される」となる。また、デジタル的に記述すれば、「各回転偏波には強自己相関性を持つ同一の符号が掛け合わせられており、複数の回転偏波の周期には同期を取るための周期が含まれており、同該同期を取るための周期には、前記同一の符号とは異なる符号が掛け合わされている」となる。
【００３０】
<受信機の動作>
次に、無線通信システム１００を構成する受信機４０の動作を説明する。
図３に示すように、受信機４０は、空間的に直交化する第１の受信アンテナ４１と第２の受信アンテナ４２を備える。第１の受信アンテナ４１の出力は、複数分されそれぞれに余弦重み回路４５が接続される。また、第２の受信アンテナ４２の出力は、複数分されそれぞれに正弦重み回路４４が接続される。
正弦重み回路４４と余弦重み回路４５の偏角は、偏角制御回路４３で決定され、正弦重み回路４４と余弦重み回路４５の出力は、合成回路４６で合成される。合成回路４６の出力の一部は、第１の可変遅延回路４７を介して弱相互相関符号回路４８の出力と第１の相関乗算回路４９により相関計算が行われ、その結果が復調回路５０に入力される。復調回路５０は、第１の可変遅延回路４７の遅延量を変化させて、相関計算結果が最大となる遅延量を決定する。復調回路５０は、また第２の可変遅延回路５１の遅延量を決定する。
合成回路４６の出力の残りは、第２の可変遅延回路５１を介して、複数の遅延回路５２で各々遅延分岐される。第２の相関乗算回路５３では、各分岐出力と強自己相関符号回路５４の出力とを相関計算し、ベースバンド回路５５に個別に入力される。偏角制御回路４３の出力の数Ｋに対応して、ベースバンド回路５５に個別に入力される数はＫ倍される。
【００３１】
受信機４０は、任意の偏波で到来する複数の電波の合成電力を同時に受信できる。このため、各偏波で受信された合成電力は、異なる伝搬路毎に弱相互相関符号６を用いて送信タイミングが割り出されて、該送信タイミングを用いて強自己相関符号５を用いて送信機１０（図１および図２参照）が用いた強自己相関符号５で分割された偏波ごとに受信電力が弁別される。受信機４０が同時に受信した信号に含まれる複数の伝搬路から到来した電波の電力は弱相互相関符号６を用いた異なる送信タイミングにより弁別される。
このように、受信機４０は、任意の偏波で受信した送信機１０が放射した電波を、異なる伝搬路毎にまた、送信機１０が用いた偏波毎に抽出できるので、特定の送信偏波および受信偏波を用いて良好な伝搬状態を有する伝搬路を用いた高品質のデータ伝送が可能となる。
【００３２】
送信機１０から放射された偏波が回転する電波（回転偏波）は、複数の異なる伝搬路を経て受信機４０に到達する。受信機４０は、同時に複数の伝搬路からの到来波を受信する。受信機４０は、強自己相関符号５の特性により、強自己相関符号５をあらかじめ知ることで到来する複数の電波から所望の伝搬路を経由した電波のみを選別して受信することができる。
また、受信機４０は、弱相互相関符号６を予め知ることにより弱相互相関符号６の時間軸上の位置を知ることができ、この位置を基準として、同一の強自己相関符号で分割された送信機１０が用いた偏波回転の一周期中の特定の領域を特定することができる。その結果、受信機４０は、送信機１０が放射し特定の伝搬路を経由して受信機４０に到達した電波の中で送信機１０が用いた特定の偏波に相当する部分を選択して用いることができる。かつ、受信機４０は、空間的に直交する複数のアンテナ（第１の受信アンテナ４１と第２の受信アンテナ４２）を用いることにより到来する各電波を任意の偏波で受信することができる。
【００３３】
本実施形態によれば、送信機１０が任意の偏波で送信した信号を、受信機４０は、任意の偏波で受信できる。これにより、送受信期間に複数の障害物があり、非見通し多重反射波が干渉する環境において、良好な情報伝達が可能となる。すなわち、特定の送受信偏波の組み合わせを用いることで、受信機４０では、複数の到来波が引き起こす偏波ベクトルの干渉による受信電力の低下を最大限抑制することでき、マルチパス環境下での送受信間情報伝達品質向上に効果がある。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態に係る無線通信システム１００の送信機１０は、内部で近接する二つの搬送波により形成される同一周波数のビート波の同相成分３と直交位相成分４を生成し、強自己相関符号５を収納する第１の符号バッファ１１と、弱相互相関符号６を収納する複数の第２の符号バッファ１２と、ビート波の同相成分３と直交位相成分４に符号を割り当てる重畳回路１３と、を備え、回転偏波の一周期を分割して得られる各領域に強自己相関性を持つ同一符号を夫々割り当てるとともに、回転偏波の一周期の所定位置に符号とは異なる弱相互相関性を持つ符号を割り当てるように変調する。
【００３５】
これにより、偏波が搬送波周波数より低いビート周波数で回転する電波の、回転偏波の一周期を等分割した各領域に同一の強自己相関符号５が割り当てられ、特定のある偏波回転の一周期に強自己相関符号５を前後に従えた弱相互相関符号６が割り当てられる。
受信機４０は、この送信波を複数の異なる伝搬路を経て同時に受信する。受信機４０は、弱相互相関符号６を用いて送信機１０と受信機４０間の同期をとり、この同期タイミングに基づき、強自己相関符号５を用いて送信機１０が用いた偏波を知ることができる。受信機４０は、空間的に直交する複数のアンテナを具備し、任意の偏波で到来波を受信するので、任意の送信偏波と受信偏波を用いて送信データを受信できる。このため、送受信間に障害物が存在し非見通し波である複数の多重反射波が干渉する電波環境であっても、複数の到来波の異なる偏波ベクトルの干渉による受信電力の低下を防ぐことができ、送受信間の通信品質の向上が実現可能となる。
このように、受信機４０は、任意の偏波で受信した送信機１０が放射した電波を、異なる伝搬路毎にまた、送信機１０が用いた偏波毎に抽出できるので、特定の送信偏波および受信偏波を用いて良好な伝搬状態を有する伝搬路を用いた高品質のデータ伝送が可能となる。
【００３６】
（第２の実施形態）
本無線通信システム１００を構成する送信機１０は、以下のような構成を採ることができる。
第２の実施形態は、本発明に係る無線通信システムを構成する送信機の送信データの他の構成例について説明する。
図５乃至図９は、本発明の第２の実施形態に係る無線通信システムを構成する送信機の送信データの他の構成例を示す図である。図４と同一構成部分には、同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
【００３７】
<送信データ構成例１>
図５に示すように、本実施形態の無線通信システムを構成する送信機１０Ａの送信データの構成は、図１の送信機１０の送信データの構成と同様に、自己相関関数のサイドローブの最大値が符号を構成するビットよりも小さい強自己相関符号５と、異なる符号においてそれらの相互相関関数の値が符号を構成するビットよりも小さい弱相互相関符号６を用いる。
さらに、送信機１０Ａの送信データの構成は、情報信号７（「Ｉｉ」参照）を有する。情報信号７（「Ｉｉ」参照）は、偏波回転の一周期がＳｉ１：[Ｓｉ１，…，Ｓｉｌ]，Ｓｉ２，Ｓｉ３からなる。図５の例では、情報信号７のＳｉ２に弱相互相関符号６が割り当てられている。
【００３８】
このように、送信機１０Ａの送信データの構成は、情報信号７により偏波回転の一周期で情報信号７の１ビットを（図３参照）拡散している。送信機１０Ａが同一のデータを異なる偏波を用いて送信し、受信機４０（図３参照）は送信機１０の用いた偏波を選択して送信データを復調できるので、送受信間で良好な通信が可能な送受信偏波の組み合わせを用いて、高品質のデータ転送が可能となる。
【００３９】
<送信データ構成例２>
図６に示すように、本実施形態の無線通信システムを構成する送信機１０Ｂの送信データの構成は、図１の送信機１０の送信データの構成と異なる点は、送信機１０Ｂが複数の異なる弱相互相関符号６１〜６ｎを具備し、複数の弱相互相関符号６１〜６ｎを選択して、受信機４０（図３参照）に対してデータ伝送を行う点である。
例えば、複数のデバイスの識別をしたい場合、デバイスを識別するＩＤを付けることが考えられる。強自己相関符号５にはＩＤ用の符号を設けられないので、複数の弱相互相関符号６１〜６ｎにＩＤ用の符号を設ける。
複数の弱相互相関符号６１〜６ｎは、例えばＰＮ符号を用いているが、どのような符号でもよい。複数の弱相互相関符号６１〜６ｎは、強自己相関符号５とは異なる符号であり、data bitは、６１が、ｓｑＬ１，ｓｑＬ２，…，ｓｑＬｍである。また、６１が、ｓｑ１１，ｓｑ１２，…，ｓｑ１ｍである。
【００４０】
弱相互相関符号６１〜６ｎの弱相互相関性のため、弱相互相関符号６１〜６ｎをあらかじめ受信機４０に持たせる。これにより、受信機４０は、送信機１０Ｂが用いた特定の弱相互相関符号６１〜６ｎを識別することができる。
本無線通信システムは、異なる無線機が異なる弱相互相関符号６１〜６ｎを送信時に使用する取り決めをすることにより、受信機４０は複数の送信機１０Ｂと個別のデータ転送を実現することができる。本無線通信システムが収容可能な無線機の数を増加させることが可能となる。
【００４１】
<送信データ構成例３>
図７に示すように、本実施形態の無線通信システムを構成する送信機１０Ｃの送信データの構成は、図１の送信機１０の送信データの構成と異なる点は、送信機１０Ｃが複数の異なる強自己相関符号８Ａ，８Ｂ，８Ｃ（「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」参照）を具備し、複数の強自己相関符号８Ａ，８Ｂ，８Ｃを選択して、受信機４０（図３参照）に対してデータ伝送を行う点である。
強自己相関符号８Ａ，８Ｂ，８Ｃをあらかじめ受信機４０に持たせることにより、受信機４０は、送信機１０Ｃが用いた特定の強自己相関符号を識別することができる。
本無線通信システムは、異なる無線機が異なる強自己相関符号を送信時に使用する取り決めをすることにより、受信機４０は複数の送信機１０Ｃと個別のデータ転送を実現することができる。本無線通信システムが収容可能な無線機の数を増加させることが可能となる。
【００４２】
<送信データ構成例４>
図８に示すように、本実施形態の無線通信システムを構成する送信機１０Ｄの送信データの構成は、図７の送信機１０Ｃの送信データの構成と異なる点は、送信機１０Ｄが複数の異なる強自己相関符号８Ａ，８Ｂ，８Ｃおよび複数の異なる弱相互相関符号６Ａ，６Ｂ，６Ｃ（「Ｑ１」「Ｑ２」「Ｑ３」参照）を具備し、複数の強自己相関符号８Ａ，８Ｂ，８Ｃおよび弱相互相関符号６Ａ，６Ｂ，６Ｃを選択して、受信機４０（図３参照）に対してデータ伝送を行う点である。
弱相互相関符号６Ａ，６Ｂ，６Ｃの弱相互相関性のため、弱相互相関符号６Ａ，６Ｂ，６Ｃをあらかじめ受信機４０に持たせることにより受信機４０は、各送信機１０Ｄと個別の同期を取ることができる。更に、各送信機１０Ｄが用いた異なる強自己相関符号８Ａ，８Ｂ，８Ｃをあらかじめ受信機４０に持たせることにより、受信機４０は、送信機１０Ｄが用いた特定の強自己相関符号８Ａ，８Ｂ，８Ｃにより、各送信機１０Ｄが用いた偏波を個別に識別することができる。
本無線通信システムは、異なる無線機が異なる強自己相関符号を送信時に使用する取り決めをすることにより、受信機４０は複数の送信機１０Ｄと個別のデータ転送を同時に実現することができるので、本発明の無線システムのスループットを増加させることが可能となる。
【００４３】
<送信データ構成例５>
図９に示すように、本実施形態の無線通信システムを構成する送信機１０Ｅの送信データの構成は、図８の送信機１０ＤＣ送信データの構成と異なる点は、送信機１０Ｅが複数の異なる弱相互相関符号６（図８参照）を具備することなく、弱相互相関符号６の代わりに、別の複数の強自己相関符号１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃを元の強自己相関符号８Ａ，８Ｂ，８Ｃで挟んだ符号列を用いて特定の偏波回転の一周期に割り当てることである。
一般に、符号長が小さい（実用的には、符号長が１５以下）場合、異なる強自己相関符号８Ａ，８Ｂ，８Ｃの相互相関特性は弱相互相関符号に比べて最大サイドローブの値が高くなり、符号を識別する感度余裕が小さくなる。しかしながら、本無線通信システムが用いる符号の種類を大幅に削減できる。このため、本無線通信システムが同時に占有する周波数スペクトラムの量を削減することができ、送受信間の通信感度を向上させることができる。
また、本無線通信システムが予め、同時に通信できる無線機の数を制限することにより、図８の送信機１０Ｄの送信データの構成と比べて、より離れた送受信間の通信が可能となるので、同無線システムのサービスエリアを拡大することができる。
【００４４】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、本発明に係る無線通信システムを構成する受信機の他の構成例について説明する。
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る無線通信システムを構成する受信機の他の構成例を示す図である。図３と同一構成部分には、同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図１０に示すように、本実施形態の無線通信システムを構成する受信機６０は、図３の受信機４０の送信データの構成と下記の点で異なる。受信機６０は、図３の受信機４０の弱相互相関符号回路４８に代えて、符号バッファ６１と、複数の弱相互相関符号発生回路６２と、切り替えスイッチ６３と、を備える。
受信機６０は、複数の弱相互相関符号発生回路６２の出力を切り替えスイッチ６３により選択して符号バッファ６１に蓄える。第１の相関乗算回路４９では、可変遅延回路４７を介して入力される合成回路４６の出力の一部と符号バッファ６１の出力との相関計算を行う。
【００４５】
本実施形態によれば、受信機６０が異なる複数の弱相互相関符号６Ａ，６Ｂ，６Ｃ（図８参照）を用いて、任意の偏波で受信した複数の送信機１０，１０Ａ〜１０Ｅが放射した電波を、異なる送信機１０，１０Ａ〜１０Ｅ毎に、異なる伝搬路毎、かつ送信機１０，１０Ａ〜１０Ｅが用いた偏波毎に抽出できるので、特定の送信偏波および受信偏波を用いて良好な伝搬状態を有する伝搬路を用いた高品質のデータ伝送を同時に複数の無線機間で実現可能となり、本実施形態の無線機を用いた無線通信システムのスループット向上が実現される。
【００４６】
（第４の実施形態）
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る無線機を用いる無線通信システムを適用した昇降機システムを示す概略の構成図である。
図１１に示すように、昇降機システム１１００は、縦長の直方体である建物に備わる昇降路１１０１と、昇降カゴ１１１１とを有している。昇降路１１０１の内部には、昇降カゴ１１１１が昇降する空間が設けられている。昇降カゴ１１１１は図示しないロープと駆動機構によって、昇降路１１０１の内部空間を昇降する。
【００４７】
建物１１０１の内部の天井部には、図示を省略するが本実施形態の回転偏波を送受信可能なアンテナを具備する送信機１０，１０Ａ〜１０Ｅおよび受信機４０を具備する基地局無線機１１０３−１と基地局回転偏波アンテナ１１０２−１が結合して設置される。建物１１０１の内部の床部には、本発明の回転偏波を送受信可能なアンテナを具備する送信機１０，１０Ａ〜１０Ｅおよび受信機４０を具備する基地局無線機１１０３−２と基地局回転偏波アンテナ１１０２−２が結合して設置される
昇降機１１１１の外部天井と外部床面には、回転偏波を送受信可能な端末局回転偏波アンテナ１１１３−１，１１１３−２が設置され、高周波ケーブル１１１４を用いて端末無線機１１１２に結合している。
基地局無線機１１０３−１，１１０３−２と端末局無線機１１１２は、建物１１０１の内部を無線伝送媒体とするので、建物１１０１の内壁および該昇降機の外壁により電磁波は多重反射を受け、多重波干渉環境が形成される。
【００４８】
本実施形態では、多重波干渉環境下でも複数の反射波を用いて、高品質の無線伝送が実現可能となる。建物１１０１から無線接続手段によって昇降カゴ１１１１の制御／監視が可能となるので、ケーブル等の有線接続手段によって昇降カゴ１１１１が昇降する空間を無駄にすることがなくなる。よって、建物１１０１を小さい体積とするか、または、同一の建物１０１の体積で昇降カゴ１１１１の寸法を増大させて輸送能力を向上させることが可能である。あわせて、昇降カゴ１１１１の軽量化も可能となる。昇降カゴ１１１１に接続されるケーブル等の有線接続手段の重さは、高層ビルにおいて、無視し得ない重さとなるためである。
【００４９】
（第５の実施形態）
図１２は、本発明の第５の実施形態に係る無線機を用いる無線通信システムを適用した変電設備監視システムを示す概略の構成図である。
図１２に示すように、本実施形態の変電設備監視システム１２００は、複数の変電機１２０１−１〜１２０１−１２と、これらの近傍に設定されている複数の無線基地局１２１１−１〜１２１１−４とを備えている。本実施形態では、変電機１２０１−１〜１２０１−１２の数は無線基地局１２１１−１〜１２１１−４の数より多い。
それぞれの変電機１２０１−１〜１２０１−１２には、本発明の回転偏波を用いる無線通信システムの送信機および受信機を具備する端末局無線機１２０３と端末局回転偏波アンテナ１２０２が結合し設置される。
【００５０】
また、複数の変電機１２０１−１〜１２０１−１２の近傍には、本無線通信システムの送信機および受信機を具備する基地局装置１２１１−１〜１２１１−４が設営される。基地局装置１２１１−１〜１２１１−４は、回転偏波を用いる基地局無線機１２１３と基地局回転偏波アンテナ１２１２が結合し設置される。
変電機の寸法は、数ｍのオーダであり無線機が使用する電磁波の周波数である数百ＭＨｚから数ＧＨｚに対応する波長に比べ圧倒的に大きい。このため、複数の変電機１２０１により電磁波は多重反射を受け、多重波干渉環境が形成される。
【００５１】
本実施形態では、多重波干渉環境下で複数の反射波を用いて、高品質の無線伝送が実現可能となる。複数の無線基地局１２１１−１〜１２１１−４によって、変電機１２０１−１〜１２０１−１２の遠隔制御と遠隔監視が可能である。よって、ケーブルなどを用いる場合に問題となる高圧誘導電力の問題を解決できると共に、ケーブルの敷設コストを削除でき、変電機１２０１−１〜１２０１−１２の制御／監視システムの安全性の向上、および、コストの削減が可能となる。
【００５２】
本発明は上記の実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
例えば、上記した実施形態例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態例の構成の一部を他の実施形態例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態例の構成に他の実施形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００５３】
（変形例）
本発明は、上記各実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能である。例えば、本発明の無線送信機、無線受信機を、セキュリティシステムにおける集中制御装置と、扉センサや、窓センサなどとの無線通信に適用してもよい。これにより、高度な通信品質が求められるセキュリティシステムを提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００５４】
１  第１の送信アンテナ
２  第２の送信アンテナ
３  ビート波の同相成分
４  ビート波の直交位相成分
５  強自己相関符号
６  弱相互相関符号
１０，１０Ａ〜１０Ｅ  送信機（無線送信機）
１１  第１の符号バッファ（回転偏波生成手段の一部）
１２  第２の符号バッファ（回転偏波生成手段の一部）
１３  重畳回路（変調手段）
１４  選択スイッチ（変調手段）
１５  選択シーケンス記憶部（変調手段）
２１  第１の周波数の余弦発振器
２２  第２の周波数の余弦発振器
２３  第１の周波数の正弦発振器
２４  第２の周波数の正弦発振器
２５  第１の乗算器
２６  第２の乗算器
２７  第３の乗算器
２８  第４の乗算器
２９  加算器
３０  減算器
４０  受信機（無線受信機）
４１  第１の受信アンテナ
４２  第２の受信アンテナ
４３  偏角制御回路
４４  正弦重み回路
４５  余弦重み回路
４６  合成回路
４７  第１の可変遅延回路
４８  弱相互相関符号回路（記憶手段）
４９  第１の相関乗算回路
５０  復調回路
５１  第２の可変遅延回路
５２  遅延回路
５３  第２の相関乗算回路
５４  強自己相関符号回路（記憶手段）
５５  ベースバンド回路
１００  無線通信システム
１１００  昇降機システム
１２００  変電設備監視システム
【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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