(57)【要約】階層化セルラ無線通信システムは多数のピコ・セル（１０６）とアンブレラ・マクロ・セル（１０２）を含み、各々のセルには当該セルを制御する１次局（１０４、１０８）がある。２次局（１１０）には通信チャネルがあり、当該システムは制御情報の伝送のための制御サブチャネル（２１２）と利用者データの伝送のためのデータ・サブチャネル（２１４）とに分かれる。前記制御サブチャネルは前記２次局と前記マクロ・セルを扱う前記１次局とを接続する一方、前記データ・サブチャネルは前記２次局と前記ピコ・セルを扱う前記１次局とを接続する。前記制御部分は頻繁に起こるモビリティ管理の間接費を削減するために主として前記アンブレラ・マクロ・セルによって扱い、前記データ部分は主として、高データ通信速度や高データ密度を支援する前記ピコ・セルによって扱う。パケット・データ用システムでは、ピコ・セルのレイヤは隣接しなくてもよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次局、多数のピコ・セル及びアンブレラ・マクロ・セルを含む階層化セルラ無線通信システムであって：
各セルにはそれらを制御する１次局、及び前記２次局と１次局との間の通信チャネルがあり、当該通信チャネルは制御情報と利用者データ各々の伝送のための制御サブチャネルとデータ・サブチャネルを含み、
前記２次局と前記マクロ・セルを制御する前記１次局との間の制御サブチャネルとを接続し、及び前記２次局とピコ・セルを制御する前記１次局との間のデータ・サブチャネルとを接続する手段を設けることを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記データ・サブチャネルが単一方向であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記データ・サブチャネルがダウンリンク方向でのみ動作可能であることを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項４】
１つのピコ・セルからの完全なデータ・パケットの受信を妨げる前記２次局の速度の判定と当該判定に応じて、送信データ・パケットのサイズを低減する手段を設けることを特徴とする請求項１乃至３の何か１項に記載のシステム。
【請求項５】
前記制御サブチャネルと前記データ・サブチャネルがさまざまな通信モードに応じて動作することを特徴とする請求項１乃至４の何か１項に記載のシステム。
【請求項６】
２次局、多数のピコ・セル及びアンブレラ・マクロ・セルを含む階層化セルラ無線通信システムに利用する１次局であって：
各セルにはそれらを制御する１次局、及び前記２次局と１次局との間の通信チャネルがあり、当該通信チャネルは制御情報と利用者データ各々の伝送のための制御サブチャネルとデータ・サブチャネルを含み、
制御サブチャネルと、前記２次局と前記１次局との間のデータ・サブチャネルの一方とを接続する手段を設け、他方のサブチャネルと異なった階層化レベルでセルを制御する１次局とを接続することを特徴とする１次局。
【請求項７】
マクロ・セルを制御する前記１次局としての利用に適合した１次局であって、前記２次局に関係がある利用者データを、前記データ・サブチャネルに接続した前記ピコ・セルを制御する前記１次局と交換する手段を設けることを特徴とする請求項６記載の１次局。
【請求項８】
ピコ・セルを制御する前記１次局としての利用に適合した１次局であって、前記データ・サブチャネルを経由して伝送した利用者データを、前記マクロ・セルを制御する前記１次局と交換する手段を設けることを特徴とする請求項６記載の１次局。
【請求項９】
多数のピコ・セルとアンブレラ・マクロ・セルを含む階層化セルラ無線通信システムに利用する２次局であって：
各セルにはそれらを制御する１次局、及び前記２次局と１次局との間の通信チャネルがあり、当該通信チャネルは前記２次局と１次局との間における制御情報と利用者データの各々の伝送のための制御サブチャネルとデータ・サブチャネルを含み、
前記２次局と前記マクロ・セルを制御する前記１次局との間の制御サブチャネルとを接続し、及び前記２次局とピコ・セルを制御する１次局との間のデータ・サブチャネルとを接続する手段を設けることを特徴とする２次局。
【請求項１０】
どのピコ・セルが最善の信号を提供するかを判定し、前記マクロ・セルを制御する前記１次局へ当該判定を伝達する手段を設けることを特徴とする請求項９記載の２次局。
【請求項１１】
どのピコ・セルが許容できる品質の信号を提供するかを判定し、前記マクロ・セルを制御する前記１次局へ当該判定を伝達する手段を設けることを特徴とする請求項９記載の２次局。
【請求項１２】
２次局、多数のピコ・セル及びアンブレラ・マクロ・セルを含む階層化セルラ無線通信システム動作方法であって、
各セルにはそれらを制御する１次局、及び前記２次局と１次局との間の通信チャネルがあり、当該通信チャネルは前記２次局と１次局との間の制御情報と利用者データの各々の伝送のための制御サブチャネルとデータ・サブチャネルを含み、
前記方法は前記２次局と前記マクロ・セルを制御する前記１次局の間の制御サブチャネルとを接続し、及び前記２次局とピコ・セルを制御する前記１次局との間のデータ部分を接続することを特徴とするシステム動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システム、当該システムに利用する１次局と２次局、及び前記システムの動作方法に関するものである。本明細書は特に第３世代移動通信システムＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）を考慮したシステムを説明するが、前記システム、前記１次局と前記２次局、及び前記システム動作方法は他の移動無線システムでの利用にも同様に応用できる。
【背景技術】
【０００２】
前記ＵＭＴＳやディジタル・セルラ・システムＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）のようなセルラ通信システムは周知である。当該システムでは一般的にセル・サイズに幅があり、例えば都市区域で小さく、農村区域で大きい。一般的に、セル容量はセル・サイズと関係がなく、小さなセルはより高いデータ密度を提供する。したがって、セル・サイズを低減すること、すなわちセル単位の利用者数を低減することにより、個々の利用者に対してより高いデータ信号速度を提供できる。しかしながら、小さなセルの欠点として利用者が動き回る際のセル間の通信リンク移動の必要性がある。これによってオーバー・ザ・エア・シグナリングやネットワーク・シグナリングの両方の観点からオーバヘッドが生ずる。その上、小さなセルの隣接したネットワーク配置はシステム・ハードウェアの要求量の理由で高価になることがありうる。
【０００３】
利用者との継続的な接続を成功裏に維持するためには利用者がセル端に接近する際にソフト・ハンドオーバという手法を使うことが一般的である。当該手法を使って、現在セルとの間に加えて利用者と隣接セルとの間で接続を設定する。全てのリンクは同じデータを運び、前記利用者が最初にいたセルを離れると当該リンクは終結する。前記手法によって接続を維持でき、またダイバーシチ効果によってリンク品質維持に必要な総電力を低減できるので、オーバー・ザ・エアのシステム容量を増大できる。しかしながら、すべての制御情報とデータ情報は利用者にリンクしたすべてのセルを通らなければならないのでネットワークの負荷も増大する。
【０００４】
ネットワーク配置の一アプローチとしてマクロ・セルとピコ・セルの組み合わせによる階層化セル構造の利用があり、前記ピコ・セルは前記マクロ・セルが扱う区域も扱う。前記構造によってさまざまなデータ・トラフィック種別を要求するさまざまな利用者を考慮できる。一般的に、アンブレラ・マクロ・セルには十分なビット・レートがあり、ハンドオーバの要求もより小さなセルよりも低いので、音声電話のような低ビット・レート、高モビリティ・サービスを要求する利用者を扱うのに利用する。
【０００５】
前記ピコ・セルのネットワークはより高いビット・レートでより低モビリティのサービスを要求する利用者を扱うのに利用される。小さなセルによって前記マクロ・セルが運ぶことのできない高いデータ信号速度のリンクを設定することができるのに対して、低モビリティによってハンドオーバの要求を扱いやすくしている。前記ピコ・セルのネットワークにおいて低モビリティとみなされる利用者の典型例には利用者が一ピコ・セルにいる典型的な時間よりもハンドオーバ・プロセスの継続がずっと短い場合がある。前記ピコ・セルのネットワークは隣接しているか、さもなければ「ホット・スポット」のみを扱う。
【０００６】
従来の技術には、階層化セル構造を持つシステム例を開示しているものがある（例えば、特許文献１参照。）。当該システムにはマクロ・セル、マイクロ・セル、およびピコ・セルの３種類のセルがあり、ピコ・セルが最も高いデータ信号速度を支援する。前記システムは一般的に最も強い信号を提供するセル種別に移動端末を割り当てるが、当該移動体の通信要件も考慮されるかもしれない。
【０００７】
また、前記システムの他の例を開示しているものもある（例えば、特許文献２参照。）。当該システムはマクロ・セルとマイクロ・セルを含み、前記マクロ・セルと情報チャネルを共有するアンブレラ・マクロ・セルの区域における全ての前記マイクロ・セルによってスペクトル効率を向上する。
【特許文献１】
国際公開第００／０５９１２号パンフレット
【特許文献２】
米国特許第５，５４６，４４３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、より高モビリティの高ビット・レートに対する需要が増大する将来のセルラ・ネットワークを考慮するとこのシナリオにはいくつかの問題点がある。まず第１に、ハンドオーバを助力するネットワーク・シグナリングのオーバヘッドによってシステム容量を制限することがあるので、高価なスペクトル資源を浪費する。第２に、端末の移動速度が増加し、（容量とデータ通信速度を増やすために）セル・サイズが減少すると、前記端末が次のセルを離れるまでに一セルから次セルに成功裏にハンドオーバするには前記端末が速く移動しすぎる地点に到達する。第３に、セル・サイズが減少すると、完全に隣接するピコ・セルのネットワークを配置する費用は手が出なくなるほど高くなるかもしれない。
【０００９】
本発明の目的は既知の階層化セルラ無線システムの問題点に取り組むことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の特徴によれば、２次局、多数のピコ・セル及びアンブレラ・マクロ・セルを含む階層化セルラ無線通信システムを設け：
各セルには当該セルを制御する１次局及び前記２次局と１次局の間との通信チャネルがあり、当該通信チャネルは制御情報と利用者データ各々の伝送のための制御サブチャネルとデータ・サブチャネルを含み、
前記２次局と前記マクロ・セルを制御する前記１次局との間の制御サブチャネルとの接続及び前記２次局とピコ・セルを制御する前記１次局との間のデータ・サブチャネルとの接続の手段を設ける。
【００１１】
制御サブチャネルとデータ・サブチャネルを扱うのに異種別のセルを利用することでより効率的な動作を可能とする。前記通信チャネルの前記制御サブチャネル部分は頻繁に起こるモビリティ管理のオーバヘッドを削減するために主に前記アンブレラ・マクロ・セルによって扱う一方、前記データ・サブチャネル部分は主に高データ通信速度や高データ密度を支援する前記ピコ・セルによって扱う。パケット・データ用システムでは、当該配置において前記ピコ・セルのレイヤが隣接しなくてよい。
【００１２】
ピコ・セルと前記２次局との間の通信リンクは一方向に動作することがあり、一般的にダウンリンクの方向のみに動作可能である。
【００１３】
本発明の第２の特徴によれば、２次局、多数のピコ・セル及びアンブレラ・マクロ・セルを含む階層化セルラ無線通信システムに利用する１次局を設け：
各セルには当該セルを制御する１次局及び前記２次局と１次局との間の通信チャネルがあり、当該通信チャネルは制御情報と利用者データの各々の伝送のための制御サブチャネルとデータ・サブチャネルを含み、
制御サブチャネル及び前記２次局と前記１次局との間のデータ・サブチャネルの一方との接続と他方のサブチャネルの異階層化レベルにおけるセルを制御する１次局との接続の手段を設ける。
【００１４】
本発明の第３の特徴によれば、多数のピコ・セルとアンブレラ・マクロ・セルを含む階層化セルラ無線通信システムに利用する２次局を設け：
各セルには当該セルを制御する１次局、及び前記２次局と１次局との間の通信チャネルがあり、当該通信チャネルは前記２次局と１次局との間の制御情報と利用者データの各々の伝送のための制御サブチャネルとデータ・サブチャネルを含み、
前記２次局と前記マクロ・セルを制御する前記１次局との間の制御サブチャネルとの接続及び前記２次局とピコ・セルを制御する前記１次局との間のデータ・サブチャネルとの接続の手段を設ける。
【００１５】
本発明の第４の特徴によれば、２次局、多数のピコ・セル、及びアンブレラ・マクロ・セルを含む階層化セルラ無線通信システム動作方法を設け：
各セルには当該セルを制御する１次局と前記２次局と１次局との間の通信チャネルがあり、当該通信チャネルは前記２次局と１次局との間の制御情報と利用者データの各々の伝送のための制御サブチャネルとデータ・サブチャネルを含み、
前記方法は前記２次局と前記マクロ・セルを制御する前記１次局との間の制御サブチャネルとの接続及び前記２次局とピコ・セルを制御する前記１次局との間のデータ部分の接続を含む。
【００１６】
本発明は通信チャネルの前記制御部分と前記利用者データ部分を扱うのにさまざまなセル種別を利用することによって性能を向上できるかもしれないという、従来技術にない認識を基にしたものである。
【００１７】
本明細書及び特許請求の範囲の原文では、構成要素のすぐ前の「ａ」又は「ａｎ」の語は当該構成要素が複数存在することを排除しない。さらに、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」は記載している構成要素と手段は列挙されているもの以外の他の要素又は工程の存在を排除しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の実施例を付属の図面を参照して説明する。
【００１９】
当該図面では対応する特徴を示すのに同じ参照数字を使用する。
【００２０】
既知の階層化セルラ通信システムは図１に図示され、アンブレラ・マクロ・セル１０２と多数のピコ・セル１０６を含む。前記マクロ・セル１０２には当該セルを制御する１次局１０４があり、前記ピコ・セル１０６には各々当該セルを制御する１次局１０８がある。前記ピコ・セル１０６は前記マクロ・セル１０２が扱う区域を全部は扱わない。前記ピコ・セル１０６が扱う区域にはない２次局１１０ａは専用チャネル１１２を経由して前記マクロ・セルの基地局（ＢＳ）１０４と通信し合う。ピコ・セル１０６が扱う区域にある別の２次局１１０ｂは専用チャネル１１４を経由して各々のピコ・セルの前記ＢＳ１０８と通信し合う。
【００２１】
一般的に、前記専門チャネル１１２、１１４のような双方向通信リンクは制御データと利用者（アプリケーション）データの２種別のトラフィックを運ぶ。一般的に、前記制御情報は高データ通信速度を要求しないが、連続的に（あるいは少なくとも一定の、短い間隔で）接続する必要がある。将来の通信システムでは、前記利用者データは高データ通信速度を要求するとはいえ、連続的伝送よりもむしろ、データの短ブロックであるパケット形式で送るものと予想する。
【００２２】
本発明に従って作成した階層化セルラ通信システムは図２に示し、当該システムと移動局（ＭＳ）１１０の無線リンクのより効果的な管理を設ける。当該管理は当該無線アクセス・ネットワークを階層化セル構造中に配置し、通信リンクを２種別のセルに分けることにより実行され、制御データは端末１１０とマクロ・セル１０２を制御するＢＳ１０４との間の制御サブチャネル２１２で伝達され、利用者データは端末１１０とピコ・セル１０６を制御するＢＳ１０８との間のデータ・サブチャネル２１４で伝達される。
【００２３】
前記マクロ・セル１０２はトラフィックを支援するのに十分な容量を有するので前記制御データに最善の支援を提供し、また広範な区域を扱うので、利用者が動き回る際に過剰な数のセル間ハンドオーバなしでも継続的なリンクを維持できる。同時に、高容量の前記ピコ・セル１０６は高通信速度にて利用者データを設ける。前記制御サブチャネル２１２は前記のマクロ・セルのＢＳ１０４により設定するので、いつでも利用者データ転送の利用に最も適切なピコ・セル１０６の選択を管理できる。前記利用者データはパケットで送られるので、前記ピコ・セルの範囲が隣接しなくてよいが、隣接していないとパケット伝送に遅延が生じることがある。
【００２４】
前記データは、パケット化され、利用者が１つのセル１０６からの伝送しか要求しない際に送ることができるので、ピコ・セル１０６間ソフト・ハンドオーバはしなくてよいが、かなりのダイバーシチ利得を設けた場合には支援できるかもしれない。当該可能性は利用者があまり速く移動しておらず、１つのピコ・セル１０６から完全なパケットを送ることができないことを前提とすることに注目すべきである。利用者が速く移動しすぎている場合、前記システムでは前記データのパケット・サイズを減らす選択をしてもよく、そうすれば利用者が単一のピコ・セル１０６の対象区域にいる間に完全なパケットを送る時間がある。
【００２５】
前記ピコ・セル１０６中で送らなくてはならない、いくらかの付加制御情報があるかもしれない（例えば、電力制御のように速い物理レイヤの手続を支援すること）。当該情報はオンオフ方式を基に個々のパケットに関係する、すなわちデータ・パケットが伝送されている時のみに送る。
【００２６】
前記ＵＭＴＳのＷＣＤＭＡ（広帯域符号分割多重アクセス）ＦＤＤ（周波数分割・二重通信）モードを基に、より詳細な実施例を検討する。当該実施例では前記マクロ・セル１０２はアップリンク用とダウンリンク用に各々、周波数Ｆｍｕと周波数Ｆｍｄを利用して配置する。前記ピコ・セル１０６は周波数Ｆｐｕと周波数Ｆｐｄを利用し、異なった前記セル１０６は各々スクランブル符号によって識別する。
【００２７】
前記実施例を基に作動する利用者は、コア・ネットワークへのより高いレイヤとプロトコルとの接続では、前記マクロ・セルＢＳ１０４（及び／又は前記マクロ・セルＢＳと接続したいくつかの制御エンティティ）に終端する。当該終端はコア・ネットワークによって利用者のためのデータを配信し、利用者からデータを収集する点でもある。前記マクロ・セルＢＳ１０４には前記アンブレラ・マクロ・セル１０２中に含む前記ピコ・セル基地局１０８との直接のリンクがあり、ネットワークに対して透過性を持ったやり方で当該通信時に適切であるどちらにでも、またどちらからでもデータを転送する。
【００２８】
前記ピコ・セルのネットワークの同報通信チャネルを走査して、前記利用者ＭＳ１１０はどのピコ・セル１０６内にいるのか、あるいは最善の希望波信号電力対干渉波信号電力比（ＳＩＲ）を有する信号をどのピコ・セルＢＳ１０８から受信しているのかを判定できる。前記ＭＳ１１０は前記セル１０６の識別情報を定期的に、変更するたびに、または前記マクロ・セル１０２からの要求次第で信号を送ることがある。利用者に送信するデータ・パケットがある時、前記マクロ・セル１０２は識別された前記ピコ・セル１０６にデータを転送し、前記マクロ・セル１０２と前記ＭＳ１１０の間の前記制御サブチャネル２１２を経由して、前記ピコ・セル１０６による利用を割り当てた特定の前記データ・サブチャネル２１４を利用してデータ・パケットを受信するであろうという通知を前記ＭＳ１１０に送る。万一、利用者がどの前記ピコ・セル１０６の範囲からも外れていたら、前記ＢＳ１０４は利用者がピコ・セル１０６に入る時までデータを待ち行列に入れておける。
【００２９】
前記実施例の一変形では、前記ＭＳ１１０が多数のピコ・セル１０６から良質のＢＣＨ（同報通信チャネル）信号を受信している時、適切なピコ・セルのリストを前記マクロ・セルＢＳ１０４に伝達する。当該ネットワークは次のデータ・パケットの伝送のために、ピコ・セル間の相対的なトラフィック負荷のような考慮点次第でピコ・セル１０６を選択する。前記マクロ・セルＢＳ１０４は選択された前記ピコ・セル１０６の識別情報を前記ＭＳ１１０に伝達し、パケットを受信する準備をする。ピコ・セル１０６の前記リストに加えて、前記ＭＳ１１０は各ピコ・セルに関する品質測定を前記マクロ・セルＢＳ１０４に伝達するので、前記ＢＳ１０４は適切なピコ・セル１０６を判定できる。前記マクロ・セルＢＳ１０４はまた、選択された前記ピコ・セルＢＳ１０８に送信パラメータ、すなわちデータ・レートや送信電力のような当該パラメータの変更を指令し、リンクの品質を加減することがある。
【００３０】
前記実施例の別の一変形では、ピコ・セルＢＳ１０８は伝送を受けられる当該ＭＳ１１０を走査でき、前記マクロ・セルＢＳ１０４に識別情報を伝達できる。当該実施例には前記ＭＳ１１０の消費電力を低減する利点がある。その代わりに、前記ＭＳ１１０の位置が判定できるシステムでは、最も間近な前記ピコ・セルＢＳ１０８を伝送のために選択できる。
【００３１】
当該スキームの実施例の変形はほかにいろいろな可能性がある。前記ピコ・セル１０６は任意に同報通信技術を利用して、サブチャネル２１４を単一方向（主としてダウンリンク）のみ支援することがある。セル１０２、１０６のいろいろな種別ではいろいろな通信モードを利用できる（例えばＵＭＴＳの時分割２重通信（ＴＤＤ）および異なった通信システム、すなわち例えば、ＵＭＴＳのマクロ・セル１０２と無線ＬＡＮ標準ＨＩＰＥＲＬＡＮのピコ・セル１０６）。
【００３２】
前記ＭＳ１１０のピコ・セルの位置に関する情報は前記マクロ・セルのＢＳ１０４によって利用でき、当該ＭＳ１１０からの送受信のためのアンテナ・ビーム形成を可能にし、前記マクロ・セル１０２内の容量とリンク品質を増強させる（そしてまた、当該マクロ・セルのレイヤにおけるハンドオーバを助力する）。
【００３３】
通信事業者は外国にて低費用・低容量のマクロ・セルによるネットワーク配置を行い、ローミング利用者は制御のために国内ネットワークに直接接続することができるが、従来のローミング協定では利用者データは市内通信事業者が転送する。前記ネットワーク配置は、当該利用者がアクセスする所ならどこでも操作環境が同じである、将来の仮想ホーム環境型システムでは有利かもしれない。当該システムでは環境関連情報はいろいろな端末からアクセスするために、ネットワーク内に存在しなければならない。前記国内ネットワーク内に関連情報の伝送を制限しなければならないかもしれないし、また当該情報を別のネットワークを経由してアクセスするには速度の制約条件があるかもしれない。
【００３４】
本発明はマクロ・セルとピコ・セルによって説明するが、階層化セルラ・システムは広範囲のセル・サイズに同様に応用でき、セルが二レベルしかないシステムに限定されない。例えば、衛星や高度の高いプラットフォーム（ＨＡＰ）によってできたアンブレラ・セルは例えば、飛行機、列車のような高速の利用者を扱うために、下に置いた地上マクロ・セルや地上ピコ・セルとともに利用してもよい。
前記システムで利用者数が小さい場合は、低容量戻りチャネルを衛星／ＨＡＰのセルの制御チャネルとした、同報通信システム（例えば、双方向テレビ）の利用が可能かもしれない。
【００３５】
現在の開示内容から読み取ると、当業者には別の修正が明白であろう。当該修正は無線通信システムと当該部品の設計・製造・利用において既知である別の特徴と、前記特徴の代わりに利用される特徴又は前記特徴に付加して利用される特徴に関するものであるかもしれない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】既知の階層化セルラ通信システムを例示する図である。
【図２】本発明によって作られた階層型セルラ通信システムを例示する図である。
【国際公開パンフレット】
2004535143.tif 000003
2004535143.tif 000004
2004535143.tif 000005
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2004535143.tif 000011
2004535143.tif 000012
2004535143.tif 000013
2004535143.tif 000014
2004535143.tif 000015
2004535143.tif 000016
【国際調査報告】
2004535143.tif 000017
2004535143.tif 000018
2004535143.tif 000019