(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同時送受信が可能な第１の拡張無線局と第２の拡張無線局との間でデータの送受信を行う無線通信方法において、
前記第１の拡張無線局が他の無線局に対してデータＡを送信中に、前記第２の拡張無線局が、前記第１の拡張無線局を宛先とするデータＢを送信する際に、ＮＡＶを解除した後、前記第１の拡張無線局に対して送信要求メッセージを送信するステップと、
前記第１の拡張無線局が、前記送信要求メッセージを受信したときに、前記第２の拡張無線局に対して送信許可メッセージを送信するステップと、
前記第２の拡張無線局が、前記送信許可メッセージを受信したときに、前記第１の拡張無線局に対してデータＢを送信するステップと、
前記第１の拡張無線局が、前記データＡを送信中であっても、前記データＢを受信するステップと
を有することを特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
同時送受信が可能な第１の拡張無線局と第２の拡張無線局との間でデータの送受信を行う無線通信方法において、
前記第１の拡張無線局が他の無線局からデータＡを受信中に、前記第１の拡張無線局が、前記第２の拡張無線局を宛先とするデータＢを送信する際に、前記第２の拡張無線局に対して送信要求メッセージを送信するステップと、
前記第２の拡張無線局が、前記送信要求メッセージを受信したときに、ＮＡＶを解除した後、前記第１の拡張無線局に対して送信許可メッセージを送信するステップと、
前記第１の拡張無線局が、前記送信許可メッセージを受信したときに、前記データＡを受信中であっても、前記第２の拡張無線局に対してデータＢを送信するステップと、
前記第２の拡張無線局が、前記データＢを受信するステップと
を有することを特徴とする無線通信方法。
【請求項３】
請求項１に記載の無線通信方法において、
前記第２の拡張無線局は、送信指向性制御機能を備え、前記データＢを送信する際に、前記第１の拡張無線局に対して送信指向性を形成して送信する
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項４】
請求項２に記載の無線通信方法において、
前記第２の拡張無線局は、受信指向性制御機能を備え、前記データＢを受信する際に、前記第１の拡張無線局に対して受信指向性を形成して受信する
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の無線通信方法において、
前記第１の拡張無線局および前記第２の拡張無線局は、前記送信要求メッセージまたは前記送信許可メッセージの少なくとも一方に、自局が同時送受信が可能な拡張無線局であることを記載する領域を備え、他局に通知する
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項６】
同時送受信が可能な第１の拡張無線局と第２の拡張無線局との間でデータの送受信を行う無線通信システムにおいて、
前記第１の拡張無線局は、
他の無線局に対してデータＡを送信中に、前記第２の拡張無線局が前記第１の拡張無線局を宛先とするデータＢを送信するために、ＮＡＶを解除して送信した送信要求メッセージを受信したときに、前記第２の拡張無線局に対して送信許可メッセージを送信する手段と、
前記データＡを送信中に、前記第２の拡張無線局が送信した前記データＢを受信する手段と
を備え、
前記第２の拡張無線局は、
前記第１の拡張無線局を宛先とするデータＢを送信する際に、前記第１の拡張無線局が送信中であっても、ＮＡＶを解除した後、前記第１の拡張無線局に対して送信要求メッセージを送信する手段と、
前記第１の拡張無線局が送信した前記送信許可メッセージを受信したときに、前記第１の拡張無線局に対してデータＢを送信する手段と
を備えたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
同時送受信が可能な第１の拡張無線局と第２の拡張無線局との間でデータの送受信を行う無線通信システムにおいて、
前記第２の拡張無線局は、
前記第１の拡張無線局が他の無線局からデータＡを受信中に、前記第１の拡張無線局が前記第２の拡張無線局を宛先とするデータＢを送信するために送信した送信要求メッセージを受信したときに、ＮＡＶを解除した後、前記第１の拡張無線局に対して送信許可メッセージを送信する手段と、
前記第１の拡張無線局が前記データＡを受信中に送信した前記データＢを受信する手段と
を備え、
前記第１の拡張無線局は、
前記第２の拡張無線局を宛先とするデータＢを送信する際に、前記データＡを受信中であっても、前記第２の拡張無線局に対して前記送信要求メッセージを送信する手段と、
前記第２の拡張無線局がＮＡＶを解除して送信した前記送信許可メッセージを受信したときに、前記第２の拡張無線局に対してデータＢを送信する手段と
を備えた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、同時送受信ができる拡張無線局が送信中または受信中のときに、他の拡張無線局との通信（送信中のときに受信、受信中のときに送信）を行う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】
ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）によるアクセス制御を用いた無線ＬＡＮなどの無線通信システムでは、無線局（基地局または端末局）が通信開始前にキャリアセンスにより無線チャネルの使用状況を確認し、無線チャネルがアイドルのときに送信し、ビジーのときに送信を見合わせる。このようにフレーム衝突を避ける手法を用いているため、同一チャネルでは１つのフレームのみが伝送されている。
【０００３】
周波数利用効率を向上させるために、同一チャネルで双方向通信を行う同一チャネル全二重無線通信（ＣＣＦＤ：Co-Channel Full Duplex）が検討されている（例えば非特許文献１）。ＣＣＦＤを用いることにより、周波数分割復信（ＦＤＤ：Frequency Division Duplex ）や時分割復信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）のような復信方法と較べて２倍のスループットを実現できる。
【０００４】
ここで、同時送受信ができる拡張無線局の間では、図８(1) に示すように、拡張基地局１１から拡張端末局１２への通信と、拡張端末局１２から拡張基地局１１への通信が同一チャネルで同時に可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】J. I. Choi, M. Jain, K. Srinivasan, P. Levis, and S. Katti, "Achieving single channel, full duplex wireless," Proc. 16th ACM MOBICOM, pp.1-12, Sep. 2010.
【非特許文献２】電子情報通信学会『知識の森』（http://www.ieice-hbkb.org/），４群−２編−８章8-3
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
拡張基地局１１と拡張端末局１２との間では同時送受信が可能であるが、図８(2) に示すように、拡張基地局１１から拡張端末局１２に送信中に、拡張基地局１１が他の拡張端末局１３からの受信を同時に行う場合を想定する。しかし、従来のＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御では、拡張基地局１１と拡張端末局１２の通信中はＮＡＶ（Network Allocation Vector ）が設定されるので、他の拡張端末局１３は送信要求メッセージ（ＲＴＳＳ：Request to Simultaneous Send）を送信できず、送信中の拡張基地局１１において、他の拡張端末局１３からのデータ受信ができない。
【０００７】
また、図８(3) に示すように、拡張基地局１１が拡張端末局１２からの受信中に、拡張基地局１１が他の拡張端末局１３への送信を同時に行う場合を想定する。しかし、従来のＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御では、拡張基地局１１と拡張端末局１２の通信中はＮＡＶが設定されるので、拡張基地局１１が拡張端末局１３に対して送信要求メッセージ（ＲＴＳＳ）を送信しても、拡張端末局１３はそれに対応する送信許可メッセージ（ＣＴＳＳ：Clear to Simultaneous Send）を送信できず、受信中の拡張基地局１１において、他の拡張端末局１３へのデータ送信ができない。
【０００８】
なお、図８(2),(3) において、拡張基地局１１と通信中の拡張端末局１２が、同時送受信機能をもたない既存の端末局であってもよい。
【０００９】
また、図８(2) において、拡張基地局１１から拡張端末局１２（既存の端末局）に送信中であるときに、拡張端末局１３から拡張基地局１１へ送信しようとする場合には、拡張端末局１３の送信信号が拡張端末局１２に対して干渉とならないように、拡張端末局１３から拡張基地局１１の方向に対する送信指向性制御が必要になる。
【００１０】
また、図８(3) において、拡張基地局１１が拡張端末局１２（既存の端末局）から受信中であるときに、拡張基地局１１から拡張端末局１３へ送信しようとする場合には、拡張端末局１３で拡張端末局１２の送信信号が干渉とならないように、拡張端末局１３から拡張基地局１１の方向に対する受信指向性制御が必要になる。
【００１１】
本発明は、拡張無線局における同時送受信機能を有効活用するために、拡張無線局が送信中または受信中のときに、他の拡張無線局との通信（送信中のときに受信、受信中のときに送信）を可能とす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】
【００１２】
第１の発明は、同時送受信が可能な第１の拡張無線局と第２の拡張無線局との間でデータの送受信を行う無線通信方法において、第１の拡張無線局が他の無線局に対してデータＡを送信中に、第２の拡張無線局が、第１の拡張無線局を宛先とするデータＢを送信する際に、ＮＡＶを解除した後、第１の拡張無線局に対して送信要求メッセージを送信するステップと、第１の拡張無線局が、送信要求メッセージを受信したときに、第２の拡張無線局に対して送信許可メッセージを送信するステップと、第２の拡張無線局が、送信許可メッセージを受信したときに、第１の拡張無線局に対してデータＢを送信するステップと、第１の拡張無線局が、データＡを送信中であっても、データＢを受信するステップとを有する。
【００１３】
第２の発明は、同時送受信が可能な第１の拡張無線局と第２の拡張無線局との間でデータの送受信を行う無線通信方法において、第１の拡張無線局が他の無線局からデータＡを受信中に、第１の拡張無線局が、第２の拡張無線局を宛先とするデータＢを送信する際に、第２の拡張無線局に対して送信要求メッセージを送信するステップと、第２の拡張無線局が、送信要求メッセージを受信したときに、ＮＡＶを解除した後、第１の拡張無線局に対して送信許可メッセージを送信するステップと、第１の拡張無線局が、送信許可メッセージを受信したときに、データＡを受信中であっても、第２の拡張無線局に対してデータＢを送信するステップと、第２の拡張無線局が、データＢを受信するステップとを有する。
【００１４】
第１の発明の無線通信方法において、第２の拡張無線局は、送信指向性制御機能を備え、データＢを送信する際に、第１の拡張無線局に対して送信指向性を形成して送信する。
【００１５】
第２の発明の無線通信方法において、第２の拡張無線局は、受信指向性制御機能を備え、データＢを受信する際に、第１の拡張無線局に対して受信指向性を形成して受信する。
【００１６】
第１または第２の発明の無線通信方法において、第１の拡張無線局および第２の拡張無線局は、送信要求メッセージまたは送信許可メッセージの少なくとも一方に、自局が同時送受信が可能な拡張無線局であることを記載する領域を備え、他局に通知する。
【００１７】
第３の発明は、同時送受信が可能な第１の拡張無線局と第２の拡張無線局との間でデータの送受信を行う無線通信システムにおいて、第１の拡張無線局は、他の無線局に対してデータＡを送信中に、第２の拡張無線局が第１の拡張無線局を宛先とするデータＢを送信するために、ＮＡＶを解除して送信した送信要求メッセージを受信したときに、第２の拡張無線局に対して送信許可メッセージを送信する手段と、データＡを送信中に、第２の拡張無線局が送信したデータＢを受信する手段とを備え、第２の拡張無線局は、第１の拡張無線局を宛先とするデータＢを送信する際に、第１の拡張無線局が送信中であっても、ＮＡＶを解除した後、第１の拡張無線局に対して送信要求メッセージを送信する手段と、第１の拡張無線局が送信した送信許可メッセージを受信したときに、第１の拡張無線局に対してデータＢを送信する手段とを備える。
【００１８】
第４の発明は、同時送受信が可能な第１の拡張無線局と第２の拡張無線局との間でデータの送受信を行う無線通信システムにおいて、第２の拡張無線局は、第１の拡張無線局が他の無線局からデータＡを受信中に、第１の拡張無線局が第２の拡張無線局を宛先とするデータＢを送信するために送信した送信要求メッセージを受信したときに、ＮＡＶを解除した後、第１の拡張無線局に対して送信許可メッセージを送信する手段と、第１の拡張無線局がデータＡを受信中に送信したデータＢを受信する手段とを備え、第１の拡張無線局は、第２の拡張無線局を宛先とするデータＢを送信する際に、データＡを受信中であっても、第２の拡張無線局に対して送信要求メッセージを送信する手段と、第２の拡張無線局がＮＡＶを解除して送信した送信許可メッセージを受信したときに、第２の拡張無線局に対してデータＢを送信する手段とを備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、ＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御を行う無線通信システムにおいて、同時送受信が可能な拡張無線局が多数存在する環境において、第１の拡張無線局が通信中でも送信または受信可能な状況において、第２の拡張無線局との通信が可能になり、システムスループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１における制御シーケンスを示す図である。
【図２】本発明の実施例１における拡張基地局１１と拡張端末局１３の構成例を示す図である。
【図３】本発明の実施例１における拡張基地局１１と拡張端末局１３の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施例２における制御シーケンスを示す図である。
【図５】本発明の実施例２における拡張基地局１１と拡張端末局１３の構成例を示す図である。
【図６】本発明の実施例２における拡張基地局１１と拡張端末局１３の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】ＲＴＳＳおよびＣＲＳＳのフレームフォーマットを示す図である。
【図８】拡張無線局の同時送受信とその課題を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に説明する実施例１では、ＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御の元で、拡張基地局（図８(2) の１１）が送信中のときに、他の拡張端末局（図８(2) の１３）からの受信を可能とするための制御手順について説明する。実施例２では、ＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御の元で、拡張基地局（図８(3) の１１）が受信中のときに、他の拡張端末局（図８(3) の１３）への送信を可能とするための制御手順について説明する。
【００２２】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１における制御シーケンスを示す。
図２は、本発明の実施例１における拡張基地局１１と拡張端末局１３の構成例を示す。  図３は、本発明の実施例１における拡張基地局１１と拡張端末局１３の処理手順を示す。
【００２３】
図１〜図３において、拡張基地局１１は、拡張端末局（または既存端末局でも可）１２に対してデータＡを送信中とする（Ｓ11）。データＡは、変調部１１１、必要に応じて指向性制御部１１２、無線部（ＲＦ）１１３、アンテナ１１４を介して送信される。このとき、拡張基地局１１が送信したＲＴＳおよび拡張端末局１２が送信したＣＴＳにより、拡張端末局１３にはデータＡの送信期間に応じたＮＡＶが設定される（Ｓ21）。なお、拡張端末局１２が同時送受信機能をもたない既存端末局であっても同様である。ここまでは、通常のＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御であり、ＮＡＶが設定されていなければ通常のアクセス制御になる。
【００２４】
ここで、拡張端末局１３において、拡張基地局１１へ送信するデータＢが変調部１３１および同時送信制御部１３７に入力される（Ｓ22）。同時送信制御部１３７は、データＢの宛先が拡張基地局であるか否かを判定する（Ｓ23）。拡張基地局であるか否かの判断は、拡張端末局１３がこれまでに拡張基地局１１が送受信しているＲＴＳＳまたはＣＴＳＳをモニタして判断できる。データＢの宛先が拡張基地局でなければ、同時送受信の対象ではないので、通常のＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御になる。データＢの宛先が拡張基地局１１であれば、拡張端末局１３の同時送信制御部１３７はＮＡＶを解除し（Ｓ24）、拡張基地局１１へＲＴＳＳを送信する（Ｓ25）。
【００２５】
拡張基地局１１の同時送信制御部１１７は、拡張端末局１３が送信したＲＴＳＳを受信すると（Ｓ12）、データの受信が可能か否かを判定する（Ｓ13）。例えば、拡張基地局１１がすでに他の拡張端末局からデータを受信中であれば、データ受信不可となる。一方、拡張基地局１１がデータＡを送信中であるものの、同時送受信機能を用いてデータ受信が可能であれば、ＲＴＳＳの送信元である拡張端末局１３へＣＴＳＳを送信する（Ｓ14）。
【００２６】
拡張端末局１３の同時送信制御部１３７は、拡張基地局１１が送信したＣＴＳＳを受信すると（Ｓ26）、指向性制御部１３２に対して拡張基地局１１へ向けて送信指向性制御を行いながら、ＲＦ１３３およびアンテナ１３４を介して拡張基地局１１へデータＢを送信する（Ｓ27）。
【００２７】
拡張基地局１１では、アンテナ１１４、ＲＦ１１３、必要に応じて指向性制御部１１５を介して復調部１１６でデータＢを受信する（Ｓ15）。
以上により、拡張基地局１１では、拡張端末局１２に対してデータＡを送信しながら、拡張端末局１３から送信されたデータＢを受信することができる。なお、拡張端末局１３がデータＢを送信する際には、拡張基地局１１へ向けて送信指向性制御が行われるので、すでにデータＡを受信中の拡張端末局１２に対する干渉を回避することができる。
【００２８】
なお、拡張基地局１１と拡張端末局１３との間で送受信されるＲＴＳＳおよびＣＴＳＳについても、それぞれ指向性制御を行ってもよいが、データＡを受信中の拡張端末局１２の誤り訂正処理で対応可能であれば必ずしもその必要はない。
【００２９】
（実施例２）
図４は、本発明の実施例２における制御シーケンスを示す。
図５は、本発明の実施例２における拡張基地局１１と拡張端末局１３の構成例を示す。  図６は、本発明の実施例２における拡張基地局１１と拡張端末局１３の処理手順を示す。
【００３０】
図４〜図６において、拡張基地局１１は、拡張端末局（または既存端末局でも可）１２から送信されたデータＡを受信中とする（Ｓ31）。データＡは、アンテナ１１４、ＲＦ１１３、必要に応じて指向性制御部１１２を介して復調部１１１で受信処理される。このとき、拡張端末局１２が送信したＲＴＳまたは拡張基地局１１が送信したＣＴＳにより、拡張端末局１３にはデータＡの送信期間に応じたＮＡＶが設定される（Ｓ41）。なお、拡張端末局１２が同時送受信機能をもたない既存端末局であっても同様である。ここまでは、通常のＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御であり、ＮＡＶが設定されていなければ通常のアクセス制御になる。
【００３１】
ここで、拡張基地局１１において、拡張端末局１３へ送信するデータＢが変調部１１１および同時送信制御部１１７に入力される（Ｓ32）。同時送信制御部１１７は、データＢを送信可能であるか否かを判定する（Ｓ33）。例えば、拡張基地局１１がすでに他の拡張端末局へデータを送信中であれば、データ送信不可となる。一方、拡張基地局１１がデータＡを受信中であるものの、同時送受信機能を用いてデータ送信が可能であれば、データＢの宛先が拡張端末局であるか否かを判定する（Ｓ34）。データＢの宛先が拡張端末局でなければ、同時送受信の対象ではないので、通常のＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御になる。データＢの宛先が拡張端末局１３であれば、拡張端末局１３へＲＴＳＳを送信する（Ｓ35）。
【００３２】
拡張端末局１３の同時送信制御部１３７は、拡張基地局１１が送信したＲＴＳＳを受信すると（Ｓ42）、データの受信が可能か否かを判定する（Ｓ43）。例えば、拡張端末局１３がすでに他の拡張基地局からデータを受信中であれば、データ受信不可となる。一方、拡張端末局１３がデータ受信可能であれば、同時送信制御部１３７はＮＡＶを解除し（Ｓ44）、ＲＴＳＳの送信元である拡張基地局１１へＣＴＳＳを送信する（Ｓ45）。
【００３３】
拡張基地局１１の同時送信制御部１１７は、拡張端末局１３が送信したＣＴＳＳを受信すると（Ｓ36）、ＲＦ１１３およびアンテナ１１４を介して拡張端末局１３へデータＢを送信する（Ｓ27）。
【００３４】
拡張端末局１３では、拡張基地局１１へＣＴＳＳを送信後に、指向性制御部１３５に対して拡張基地局１１へ向けて受信指向性制御を行いながら、アンテナ１１４、ＲＦ１１３を介して復調部１１６でデータＢを受信する（Ｓ46）。
【００３５】
以上により、拡張基地局１１では、拡張端末局１２からデータＡを受信しながら、拡張端末局１３へデータＢを送信することができる。なお、拡張端末局１３がデータＢを受信する際には、拡張基地局１１へ向けて受信指向性制御が行われるので、すでにデータＡを送信中の拡張端末局１２からの干渉を回避することができる。また、拡張端末局１３において受信指向性制御を行わなくても、所望のデータＢと干渉波（データＡ）の受信レベル差が所定以上あれば、ＮＯＭＡ（Non-Orthogonal Multiple Access）技術を用いて所望のデータＢの復元が可能である。
【００３６】
また、拡張基地局１１と拡張端末局１３との間で送受信されるＲＴＳＳおよびＣＴＳＳについても、それぞれ指向性制御を行ってもよいが、拡張端末局１２，１３の誤り訂正処理で対応可能であれば必ずしもその必要はない。
【００３７】
また、実施例１における送信指向性制御および実施例２における受信指向性制御は、アンテナを複数本用いたアダプティブアレーアンテナなどの技術により実現する。これまでに受信したＲＴＳＳやＣＴＳＳなどにより、伝送路情報などを算出し、それを用いて指向性制御を行う（非特許文献２）。
【００３８】
図７は、ＲＴＳＳおよびＣＲＳＳのフレームフォーマットを示す。
図７(1) において、ＲＴＳＳは、フレームの種類を判別する「フレーム制御」フィールド、送信予定期間（ＮＡＶ）を示す「デュレーション」フィールド、宛先を示す「受信機アドレス」フィールド、同時送受信可能か否かを示す「同時送受信用フラグ」フィールド、送信者を示す「送信機アドレス」フィールド、フレーム誤り検査のための「ＦＣＳ」フィールドを備える。
【００３９】
図７(2) において、ＣＴＳＳは、「フレーム制御」フィールド、「デュレーション」フィールド、「受信機アドレス」フィールド、「同時送受信用フラグ」フィールド、「ＦＣＳ」フィールドを備える。
【００４０】
また、拡張基地局１１および拡張端末局１２，１３は、通常のＲＴＳおよびＣＴＳを用いてもよい。その場合に拡張基地局１１および拡張端末局１２，１３は、ローカルエリアネットワーク接続時、および定期的に、自装置が本発明による通信プロトコルに対応する旨を報知する専用制御メッセージ（拡張報知メッセージ）を送信する。拡張報知メッセージには、送信元ＭＡＣアドレスを記載し、これを受けた拡張基地局１１および拡張端末局１２，１３は、拡張報知メッセージを送信した装置のＭＡＣアドレスを記憶する。
【００４１】
送信制御においては、ＲＴＳフレームを受信した際に、「送信機アドレス」を記憶した拡張対応装置のＭＡＣアドレスと照合することで、送信元装置が本発明による拡張機能を具備しているか否かを判断する。
【符号の説明】
【００４２】
１１  拡張基地局
１２  拡張端末局（既存端末局）
１３  拡張端末局
１１１  変調部
１１２  指向性制御部
１１３  無線部（ＲＦ）
１１４  アンテナ
１１５  指向性制御部
１１６  復調部
１１７  同時送信制御部
１３１  変調部
１３２  指向性制御部
１３３  無線部（ＲＦ）
１３４  アンテナ
１３５  指向性制御部
１３６  復調部
１３７  同時送信制御部
【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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