(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間分割多重による複数端末との同時通信が可能な無線通信システムであって、
複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子において受信された受信信号を重み付け合成することで所定の指向性パターンを持つビームに対応する受信信号を出力する、複数のビーム形成手段と、
複数の前記ビーム形成手段のそれぞれに対し前記重み付け合成を制御するウェイト・ベクトルを設定する制御手段とを備え、
前記制御手段は、情報スロットにおいてチャネル確立の要求を予告する第１の端末の存在を自システムに通知する第２の端末の方向を示す情報を収集する収集手段と、この手段により１フレーム間に収集された該第２の端末の方向の分布に基づいて、次の制御スロットにおける複数の前記ウェイト・ベクトルを生成する生成手段とを含むことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記生成手段は、前記制御スロットで使用する複数のビームのビーム幅について、前記第２の端末の分布が多い方向ほど形成されるビームのビーム幅が狭くなり、前記第２の端末の分布が少ない方向ほど形成されるビームのビーム幅が広くなるように、前記制御スロットにおける複数の前記ウェイト・ベクトルを生成することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記制御手段は、自システムのカバーエリアを自システムの位置からみた方向によって等分割してできる各エリアに最大指向性が向く複数のビームを形成するための初期ウェイト・ベクトルを各エリアについて記憶しておき、自身の動作開始後初めての制御スロットでは、各初期ウェイト・ベクトルを対応する前記ビーム形成手段にそれぞれ設定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記制御手段は、制御スロットでチャネル確立要求をしてかつ成功した端末の方向を、複数の前記アンテナ素子による受信信号と、その際に該当する前記ビーム形成手段に設定された前記ウェイト・ベクトルとに基づいて推定する推定手段と、情報スロットにおける複数の前記ウェイト・ベクトルを、各端末について推定された方向に最大指向性が向くビームをそれぞれ形成するように生成する手段とを更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記推定手段は、制御スロットで到来した信号の方向を、前記複数のアンテナ素子による受信信号に基づいて推定する手段と、この手段により推定された方向のうち、チャネル確立が成功した端末からの信号を出力する前記ビーム形成手段に設定した前記ウェイト・ベクトルが形成するビーム内にある方向を当該チャネル確立が成功した端末の方向として推定する手段とを含むことを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記第１の端末の存在を通知する信号は、近隣の端末から前記チャネル確立要求予告信号を受信した前記第２の端末から、当該第２の端末に割り当てられている情報スロットを利用して送信されるものであることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記第２の端末は、前記近隣の端末から前記チャネル確立要求予告信号を受信した場合に、該受信信号の強度が所定値以上のときにのみ、自端末に割り当てられている情報スロットを利用して前記無線通信システムに前記通知のための信号を送信することを特徴とする請求項６に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記第２の端末は、前記近隣の端末から前記チャネル確立要求予告信号を受信した場合に、該識別子予告信号をも受信したときは、自端末に割り当てられている情報スロットを利用して前記無線通信システムに前記通知のための信号を送信するとともに、該識別子の通知のための信号を併せて送信し、
前記収集手段は、受信された前記識別子を参照し、同一の識別子を伴う前記第１の端末の存在の通知は、重複して受信しても１回のみ前記分布に反映させることを特徴とする請求項６に記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記第１の端末から第２の端末への前記チャネル確立要求予告信号の伝達は、端末と無線通信システムとの間で用いられる無線通信手段とは別に設けられたローカル無線通信手段により行われることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項１０】
前記第１の端末から第２の端末への前記チャネル確立要求予告信号の伝達は、端末と無線通信システムとの間で用いられる無線通信手段により行われることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項１１】
複数のアンテナ素子において受信された受信信号を重み付け合成することで所定の指向性パターンを持つビームに対応する受信信号を出力する複数のビーム形成手段を備えたアダプティブアレイのためのウェイト・ベクトル制御装置であって、
複数の前記ビーム形成手段のそれぞれに対し前記重み付け合成を制御するウェイト・ベクトルを設定する設定手段と、
情報スロットにおいて前記ビーム形成手段のそれぞれに対して設定すべき前記ウェイト・ベクトルを生成する第１の生成手段と、
制御スロットにおいて前記ビーム形成手段のそれぞれに対して設定すべき前記ウェイト・ベクトルを生成する第２の生成手段とを備え、
前記第２の生成手段は、情報スロットにおいてチャネル確立の要求を予告する第１の端末の存在を自システムに通知する第２の端末の方向を示す情報を収集し、１フレーム間に収集された該第２の端末の方向の分布に基づいて、次の制御スロットにおける複数の前記ウェイト・ベクトルを生成することを特徴とするウェイト・ベクトル制御装置。
【請求項１２】
複数のアンテナ素子において受信された受信信号を重み付け合成することで所定の指向性パターンを持つビームに対応する受信信号を得る際における該重み付け合成を制御するためのウェイト・ベクトルを生成するウェイト・ベクトル生成方法であって、
情報スロットにおいてチャネル確立の要求を予告する第１の端末の存在を自システムに通知する第２の端末の方向を示す情報を収集し、
１フレーム間に収集された該第２の端末の方向の分布に基づいて、次の制御スロットにおける複数の前記ウェイト・ベクトルを生成することを特徴とするウェイト・ベクトル生成方法。
【請求項１３】
複数のアンテナ素子において受信された受信信号を重み付け合成することで所定の指向性パターンを持つビームに対応する受信信号を出力する複数のビーム形成回路を備えたアダプティブアレイのためのウェイト・ベクトル制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、
情報スロットにおいてチャネル確立の要求を予告する第１の端末の存在を自システムに通知する第２の端末の方向を示す情報を収集する機能と、
１フレーム間に収集された該第２の端末の方向の分布に基づいて、次の制御スロットにおける複数の前記ウェイト・ベクトルを生成する機能とをコンピュータに実現させるためのプログラム。
【請求項１４】
空間分割多重による複数端末との同時通信が可能な無線通信システムと通信可能な端末装置であって、
前記無線通信システムとの間で通信を行うための第１の送受信手段と、
近隣の端末との間で通信を行うための第２の送受信手段と、
制御スロットでチャネル確立要求を行うときにチャネル確立要求予告信号を発生し、この発生したチャネル確立要求予告信号をチャネル確立要求を行うフレームの１つ前のフレームで、前記第２の送受信手段を介して近隣の端末に通知するチャネル確立予告手段と、
前記第２の送受信手段を介してチャネル確立要求予告信号が検出された場合に、自端末に割り当てられている情報スロットで、前記第１の送受信手段を介してチャネル確立要求検出信号を前記無線通信システムに送信するチャネル確立要求検出手段とを備えたことを特徴とする端末装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間分割多重による複数端末との同時通信が可能な無線通信システム、この無線通信システム用のウェイト・ベクトル制御装置及びウェイト・ベクトル生成方法、並びに端末装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信システムにおいて、加入者容量を増加する手段として、空間分割多重（ＳＤＭＡ）がある。図２０に示すように、基地局１００１に備わったアダプティブアレイ１００２により各端末方向に指向性利得をもつビームを形成することで、複数の端末１００３の同時通信を可能にする。
【０００３】
図２１に多重化数が３の場合のアダプティブアレイ１００２の構成例を示す。ビーム形成回路１０２１，１０２２，１０２３において、重み付け器１２１１〜１２１４，１２２１〜１２２４，１２３１〜１２３４に適切なウェイトベクトルを設定し、これと合成器１２１０，１２２０，１２３０で各アンテナ素子１０１１〜１０１４の出力を重み付け合成することによって、対象とする端末方向に最大指向性をもつビームを形成することができる。多重化数が４以上の場合も同様であり、対象とする端末方向に最大指向性を向けるようなビームが形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のシステムにおいては、制御スロットで端末がチャネル確立要求をする時点では、基地局にとって当該端末の方向は未知である。そこで、図２２に示すように、制御スロットでは、基地局がカバーするカバーエリアを方向によって等分割したビームが形成される。このようにすることで、端末の位置によらず、チャネル確立要求信号を受信することができる。しかし、図２２において、同一ビーム１３０２内にいる端末１３１１、１３１２はチャネル確立要求が衝突するためチャネル確立に失敗する。このように、チャネル確立要求をする端末があるエリアに集中した場合にはチャネル確立要求が失敗する確率が上昇するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、チャネル確立要求をする端末の方向を予め推定しておき、制御スロットでは、チャネル確立要求をする端末が多いと推定される方向にビーム幅が狭いビームを形成することで、同一ビーム内に複数の端末が入るのを回避し、チャネル確立が失敗する確率を低減するようにした無線通信システム、ウェイト・ベクトル制御装置及びウェイト・ベクトル生成方法、並びに端末装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、空間分割多重による複数端末との同時通信が可能な無線通信システムであって、複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子において受信された受信信号を重み付け合成することで所定の指向性パターンを持つビームに対応する受信信号を出力する、複数のビーム形成手段と、複数の前記ビーム形成手段のそれぞれに対し前記重み付け合成を制御するウェイト・ベクトルを設定する制御手段とを備え、前記制御手段は、情報スロットにおいてチャネル確立の要求を予告する第１の端末の存在を自システムに通知する第２の端末の方向を示す情報を収集する収集手段と、この手段により１フレーム間に収集された該第２の端末の方向の分布に基づいて、次の制御スロットにおける複数の前記ウェイト・ベクトルを生成する生成手段とを含むことを特徴とする。本発明によれば、無線通信システムと通信中の端末を通してチャネル確立要求を行う旨を無線通信システムに予め通知することで、無線通信システムはチャネル確立要求をする端末の方向を予め推定して、端末の分布に応じてビームを形成することで、制御スロットで、同一ビーム内に複数の端末が入るのを回避し、チャネル確立が失敗する割合を低減することがきる。
【０００７】
好ましくは、前記生成手段は、前記制御スロットで使用する複数のビームのビーム幅について、前記第２の端末の分布が多い方向ほど形成されるビームのビーム幅が狭くなり、前記第２の端末の分布が少ない方向ほど形成されるビームのビーム幅が広くなるように、前記制御スロットにおける複数の前記ウェイト・ベクトルを生成するようにしてもよい。制御チャネル確立要求をする端末が多いと推定される方向にビーム幅が狭いビームを形成することで、制御スロットで、同一ビーム内に複数の端末が入るのを回避し、チャネル確立が失敗する割合を低減することがきる。
【０００８】
好ましくは、前記推定手段は、制御スロットで到来した信号の方向を、前記複数のアンテナ素子による受信信号に基づいて推定する手段と、この手段により推定された方向のうち、チャネル確立が成功した端末からの信号を出力する前記ビーム形成手段に設定した前記ウェイト・ベクトルが形成するビーム内にある方向を当該チャネル確立が成功した端末の方向として推定する手段とを含むようにしてもよい。信号の到来方向推定結果のうち、チャネル確立が成功した端末からの信号を出力するビーム形成回路に設定したウェイトが形成するビーム内にある方向を当該チャネル確立が成功した端末の方向とすることで、制御スロットで、チャネル確立要求をしてかつ成功した端末の方向を推定することができる。
【０００９】
好ましくは、前記第２の端末は、前記近隣の端末から前記チャネル確立要求予告信号を受信した場合に、該受信信号の強度が所定値以上のときにのみ、自端末に割り当てられている情報スロットを利用して前記無線通信システムに前記通知のための信号を送信するようにしてもよい。受信電力が所定値未満のチャネル確立要求予告信号を無視することで、距離が離れた端末からのチャネル確立要求予告信号に対応するチャネル確立要求検出信号を無線通信システムに送信するのを防ぐことができる。この結果、確立要求が検出された方向の分布が正確になる。
【００１０】
好ましくは、前記第２の端末は、前記近隣の端末から前記チャネル確立要求予告信号を受信した場合に、該識別子予告信号をも受信したときは、自端末に割り当てられている情報スロットを利用して前記無線通信システムに前記通知のための信号を送信するとともに、該識別子の通知のための信号を併せて送信し、前記収集手段は、受信された前記識別子を参照し、同一の識別子を伴う前記第１の端末の存在の通知は、重複して受信しても１回のみ前記分布に反映させるようにしてもよい。チャネル確立要求をしている端末の識別子が同一フレーム内で既に受信されたことがある場合には、このときの受信機からの信号を分布記憶装置に入力しないようにすることで、同一フレーム内で、同一端末からのチャネル確立要求予告信号の重複を防ぐことができる。この結果、確立要求が検出された方向の分布が正確になる。
【００１１】
また、本発明は、複数のアンテナ素子において受信された受信信号を重み付け合成することで所定の指向性パターンを持つビームに対応する受信信号を出力する複数のビーム形成手段を備えたアダプティブアレイのためのウェイト・ベクトル制御装置であって、複数の前記ビーム形成手段のそれぞれに対し前記重み付け合成を制御するウェイト・ベクトルを設定する設定手段と、情報スロットにおいて前記ビーム形成手段のそれぞれに対して設定すべき前記ウェイト・ベクトルを生成する第１の生成手段と、制御スロットにおいて前記ビーム形成手段のそれぞれに対して設定すべき前記ウェイト・ベクトルを生成する第２の生成手段とを備え、前記第２の生成手段は、情報スロットにおいてチャネル確立の要求を予告する第１の端末の存在を自システムに通知する第２の端末の方向を示す情報を収集し、１フレーム間に収集された該第２の端末の方向の分布に基づいて、次の制御スロットにおける複数の前記ウェイト・ベクトルを生成することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、空間分割多重による複数端末との同時通信が可能な無線通信システムと通信可能な端末装置であって、前記無線通信システムとの間で通信を行うための第１の送受信手段と、近隣の端末との間で通信を行うための第２の送受信手段と、制御スロットでチャネル確立要求を行うときにチャネル確立要求予告信号を発生し、この発生したチャネル確立要求予告信号をチャネル確立要求を行うフレームの１つ前のフレームで、前記第２の送受信手段を介して近隣の端末に通知するチャネル確立予告手段と、前記第２の送受信手段を介してチャネル確立要求予告信号が検出された場合に、自端末に割り当てられている情報スロットで、前記第１の送受信手段を介してチャネル確立要求検出信号を前記無線通信システムに送信するチャネル確立要求検出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
なお、装置に係る本発明は方法に係る発明としても成立し、方法に係る本発明は装置に係る発明としても成立する（また、無線通信システムに係る本発明は、ウェイト制御装置に係る発明としても、ウェイト制御方法に係る発明としても、端末装置に係る発明としても、端末装置における方法（例えば通信方法）に係る発明としても成立する）。
また、装置または方法に係る本発明は、コンピュータに当該発明に相当する手順を実行させるための（あるいはコンピュータを当該発明に相当する手段として機能させるための、あるいはコンピュータに当該発明に相当する機能を実現させるための）プログラムとしても成立し、該プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体としても成立する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態を適用した基地局（無線通信システム）１を含む通信システムの例を示す。
【００１６】
図２に、本実施形態に係る端末３の構成例を示す。図２に示されるように、端末３は、第１の送受信器３１、第１のアンテナ３２、第２の送受信器３３、第２のアンテナ３４、チャネル確立要求予告装置３５、チャネル確立要求検出装置３６を備えている。
【００１７】
端末３において、基地局１との通信は、第１の送受信器３１により行われる。第１の送受信器３１には第１のアンテナ３２が接続されており、このアンテナ３２を介して信号が送受信される。一方、端末３間の通信は、第２の送受信器３３により行われる。第２の送受信器３３には第２のアンテナ３４が接続されており、このアンテナ３４を介して信号が送受信される。
【００１８】
端末３が制御スロットでチャネル確立要求を行うときには、チャネル確立要求予告装置３５によりチャネル確立要求予告信号が発生される。このチャネル確立要求予告信号は、チャネル確立要求を行うフレームの１つ前のフレームで、第２の送受信器３３を介して、近隣の端末に通知される。
【００１９】
一方、既に情報スロットを割り当てられている端末３が、第２の送受信器３３を介してチャネル確立要求検出装置３６により近隣の他端末３からのチャネル確立要求予告信号を検出したときは、割り当てられている情報スロットで、チャネル確立要求検出信号を基地局１に送信する。
【００２０】
端末３間の送受信を行うための第２の送受信器３３の具体的な構成には、例えば、ローカル無線ネットワークの一種であるブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ；例えば、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ．ｃｏｍにて取得可能に開示されている文書に説明が詳しい）の送受信器を用いることがきる。もちろん、これ以外の送受信器を用いることもできる。また、例えば、ＴＤＭＡ／ＴＤＤシステムの送受信器ならば、基地局との通信に加えて、端末間の通信も可能である。この場合、送受信器は１つあればよい。
【００２１】
基地局１は、アダプティブアレイ２を備え、アダプティブアレイ２により端末間干渉を回避することによって同一チャネルでの複数の端末３との同時通信が可能である。
【００２２】
なお、本実施形態では具体例として４つのアンテナ素子からなるアダプティブアレイを用いて３つの端末の空間分割多重（ＳＤＭＡ）を行う場合を例にとって説明する。
【００２３】
図３に、本実施形態に係る基地局１の備えるアダプティブアレイ２の構成例を示す。
【００２４】
図３に示されるように、本アダプティブアレイは、ｍ（ｍは複数：図３ではｍ＝４の場合を示している）系統のアンテナ素子２１１〜２１４と、ｍ系統の増幅器（低雑音増幅）２２１〜２２４と、ｍ系統の周波数変換器２３１〜２３４、ｍ系統の分配器２４１〜２４４と、ｎ（ｎは複数：図３ではｎ＝３の場合を示している）系統のビーム形成回路２５１〜２５３と、ｎ系統の受信器２６１〜２６３とウェイト制御装置２７とを備えている。
【００２５】
また、ビーム形成回路２５１は、ｍ個の重み付け器２５１１１〜２５１１４と、合成器２５１２とを含む。同様に、ビーム形成回路２５２は、ｍ個の重み付け器２５２１１〜２５２１４と、合成器２５２２とを含む。同様に、ビーム形成回路２５３は、ｍ個の重み付け器２５３１１〜２５３１４と、合成器２５３２とを含む。
【００２６】
さらに、ウェイト制御装置２７は、制御スロット用初期ウェイト記憶装置２７１と、ウェイト設定装置２７２と、方向推定装置２７３と、対応記憶装置２７４と、情報スロット用ウェイト演算装置２７５と、制御スロット用ウェイト演算装置２７６とを含む。
【００２７】
さて、図３のアダプティブアレイにおいて、各アンテナ素子２１１〜２１４において受信した受信信号は、それぞれ、対応する増幅器２２１〜２２４に入力される。増幅器２２１〜２２４はそれぞれ受信信号を増幅する。
【００２８】
増幅器２２１〜２２４で増幅された受信信号は、それぞれ、対応する周波数変換器２３１〜２３４に入力される。周波数変換器２３１〜２３４はそれぞれ受信信号の周波数帯を電波周波数（ＲＦ）から中間周波数（ＩＦ）もしくはベースバンド（ＢＢ）へ変換する。
【００２９】
周波数変換器２３１〜２３４で周波数変換された受信信号は、それぞれ、対応する分配器２４１〜２４４に入力される。分配器２４１〜２４４は、いずれも、受信信号を分配してビーム形成回路２５１〜２５３とウェイト制御装置２７に出力する。
【００３０】
このようにして、ビーム形成回路２５１には、分配器２４１〜２４４から、各アンテナ素子２１１〜２１４による受信信号が入力される。ビーム形成回路２５２，２５３およびウェイト制御装置２７についても、同様である。
【００３１】
ビーム形成回路２５１に入力された受信信号は、それぞれ対応する重み付け器２５１１１〜２５１１４で重み付けがなされた後に、合成器２５１２で合成され、受信器２６１に伝達される。ビーム形成回路２５２，２５３についても、同様である。
【００３２】
重み付け器２５１１１〜２５１１４、重み付け器２５２１１〜２５２１４、および、重み付け器２５３１１〜２５３１４のウェイトは、ウェイト制御装置２７によって適宜設定される。
【００３３】
なお、上記は受信信号がアナログ信号の場合であるが、Ａ／Ｄ変換器等の利用によりディジタル信号領域で重み付けを行うことも可能である。
【００３４】
次に、ウェイト制御装置２７について詳しく説明する。
【００３５】
ここで、本実施形態では、ＴＤＭＡ／ＳＤＭＡシステムを考える。ただし、他のシステムでも適用可能である。
【００３６】
ウェイト制御装置２７の制御スロット用初期ウェイト記憶装置２７１は、図４に示すように、基地局１のカバーエリアを、基地局からみた方向によってｎ個に等分割してできる各エリア（図４の例では、エリアＡ１、エリアＡ２、エリアＡ３）にそれぞれ最大指向性が向くｎ個のビーム（図４の例では、ビームＢ１、ビームＢ２、ビームＢ３）を形成するためのウェイト（図４の例において、それぞれウェイトＷ１、ウェイトＷ２、ウェイトＷ３とする）を記憶している。なお、図３の構成例の場合、ウェイトは４次元ベクトルとなる。
【００３７】
ウェイト制御装置２７の動作開始後初めての制御スロットでは、制御スロット用初期ウェイト記憶装置２７１に記憶されたウェイトＷ１、ウェイトＷ２およびウェイトＷ３を、ウェイト設定装置２７２により、ビーム形成回路２５１の重み付け器２５１１１〜２５１１４、ビーム形成回路２５２の重み付け器２５２１１〜２５２１４およびビーム形成回路２５３の重み付け器２５３１１〜２５３１４に各々設定する。これによって、ビーム形成回路２５１からの受信器２６１にはエリアＡ１内の端末３からの受信出力を与え、ビーム形成回路２５２からの受信器２６２にはエリアＡ２内の端末３からの受信出力を与え、ビーム形成回路２５３からの受信器２６３にはエリアＡ３内の端末３からの受信出力を与えるようにすることができる。
【００３８】
方向推定装置２７３は、制御スロットでチャネル確立要求をしてかつ成功した端末３の方向を、各アンテナ素子２１１〜２１４による受信信号と、当該端末３からのチャネル確立要求を受信した受信器に対応するビーム形成回路に設定したウェイトの情報に基づいて推定する。
【００３９】
当該端末３の方向が推定されたならば、当該端末３を識別するための識別子情報と、方向推定装置２７３により推定された当該端末３の方向情報との対応関係は、端末・方向対応情報として対応記憶装置２７４に記憶される。
【００４０】
情報スロット用ウェイト演算装置２７５は、この対応記憶装置２７４に記憶された端末・方向対応情報の内容に基づき、当該端末３の方向に最大指向性が向くビームを形成するためのウェイトを算出する。
【００４１】
情報スロット用ウェイト演算装置２７５により算出されたウェイトは、当該端末３に割り当てられた情報スロットで、ウェイト設定装置２７２によりビーム形成回路２５１〜２５３のうちいずれかの重み付け器に設定される。
【００４２】
制御スロット用ウェイト演算装置２７６は、情報スロットでチャネル確立要求検出信号を送信してきた端末３の方向を、対応記憶装置２７４に記憶された端末・方向対応情報を参照して記憶し、１フレーム終了後に、チャネル確立要求検出信号を送信してきた端末３の分布に基づき、制御スロット用初期ウェイト記憶装置２７１に記憶されたウェイトＷ１、Ｗ２、Ｗ３により形成されるビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３のビーム幅を変更したｎ個のウェイトＺ１、Ｚ２、Ｚ３を算出する。
【００４３】
制御スロット用ウェイト演算装置２７６により算出されたウェイトＺ１、Ｚ２、およびＺ３は、次のフレームの制御スロットで、ウェイト設定装置２７２により、ビーム形成回路２５１の重み付け器２５１１１〜２５１１４、ビーム形成回路２５２の重み付け器２５２１１〜２５２１４、およびビーム形成回路２５３の重み付け器２５３１１〜２５３１４に各々設定される。
【００４４】
次に、方向推定装置２７３の構成について更に詳しく説明する。
【００４５】
図５に、方向推定装置２７３の内部構成例を示す。
【００４６】
信号到来方向推定装置２７３１は、制御スロットで到来した信号の方向を、各アンテナ素子２１１〜２１４による受信信号に基づいて推定する（なお、個々の端末の識別をするわけではない）。到来方向推定の具体的な処理には、例えば、ＭＵＳＩＣアルゴリズム(Multiple Signal Classification)(R. O. Schmit、“Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation”、 IEEE Trans. Antennas and Propagation, vol.AP-34, no.3, pp.276-280, March, 1986.)を用いることができる。もちろん、これ以外の方法を用いてもかまわない。
【００４７】
図４における制御スロットＳＣ１で、端末Ｔ１、端末Ｔ２、端末Ｔ３がチャネル確立要求をしたときの、信号到来方向推定装置２７３１の方向推定結果を図６に示す。
【００４８】
ところで、図４において、ビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３に対応する受信出力はそれぞれ受信器２６１，２６２，２６３に与えられる。ビームＢ１内にはチャネル確立要求をする端末がいないので受信器２６１からは何も出力されない。また、同一ビームＢ２内にいる２つの端末Ｔ１，Ｔ２はチャネル確立要求が衝突するためチャネル確立に失敗する。したがって、受信機２６２からも端末の識別子情報は出力されない。一方、ビームＢ３内には端末Ｔ３のみがチャネル確立要求をするため、チャネル確立に成功する。したがって、受信器２６３からは端末Ｔ３の識別子情報が出力される。
【００４９】
端末方向推定装置２７３２は、端末Ｔ３の識別情報を含む受信器２６３に対応するビーム形成回路２５３に設定したウェイトにより形成されるビームがビームＢ３であることをウェイト設定装置２７２から得て、図６に示すように、信号到来方向推定装置２７３１の方向推定結果のうちビームＢ３内にあるピークの方向を端末Ｔ３の方向Ｄ３として、端末Ｔ３の識別子情報と方向Ｄ３とを端末・方向対応情報として対応記憶装置２７４に記憶する。
【００５０】
以上のような構成により、制御スロットで、チャネル確立要求をしてかつ成功した端末の方向を推定することができる。
【００５１】
次に、制御スロット用ウェイト演算装置２７６の構成について更に詳しく説明する。
【００５２】
図７に、制御スロット用ウェイト演算装置２７６の内部構成例を示す。
【００５３】
分布記憶装置２７６１は、１フレーム内の情報スロットで、チャネル確立要求検出信号を送信してきた端末３の方向を、対応記憶装置２７４に記憶された端末・方向対応情報を参照して記憶する（図１３参照：なお、後述するように図１３は情報スロットＳＴ１、ＳＴ２終了後の内容の例である）。
【００５４】
初期ウェイト変更装置２７６２は、１フレーム終了後に分布記憶装置２７６１に記憶されたチャネル確立要求検出信号を送信してきた端末の分布に基づき、制御スロット用初期ウェイト記憶装置２７１に記憶されたウェイトＷ１、Ｗ２、Ｗ３により形成されるビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３のビーム幅を、端末の分布が多い方向ほど狭く、少ない方向ほど広く変更したｎ個の新たなウェイトＺ１、Ｚ２、Ｚ３を算出する。
【００５５】
次に、本実施形態の通信システムが、高い成功率のチャネル確立を実現するためのビーム制御の動作手順について説明する。
【００５６】
図８に、この場合の基地局１（アダプティブアレイ２）のビーム制御に関する処理手順の一例を示す。なお、ステップＳ２〜Ｓ４は１つの情報スロットに対応する部分を示したもので、実際にはステップＳ２〜Ｓ４は情報スロット分だけ繰り返し行われる。また、端末が割り当てられていない情報スロットについてはステップＳ２〜Ｓ４はスキップして構わない。また、前述したように、ウェイト制御装置２７の動作開始後初めての制御スロットでは、制御スロット用初期ウェイトが使用される（ステップＳ１）。また、ステップＳ５でチャネル確立要求を出した端末がない場合には、例えば、その時点のウェイトを用いるか、あるいいは制御スロット用初期ウェイトを用いるなどすればよい。
【００５７】
また、図９に、情報スロットが割り当てられている端末が近隣端末からチャネル確立予告信号を受信した際のビーム制御に関する手順の一例を示す。
【００５８】
ここでは、情報スロットＳＴ１（図１０）、情報スロットＳＴ２（図１２）が終了したのちの次のフレームの制御スロットＳＣ２（図１４）におけるビーム制御を考える。図１０に示すように、情報スロットＳＴ１には、端末Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６が割り当てられており、基地局１と通信を行う。図１２に示すように、情報スロットＳＴ２には、端末Ｔ７、Ｔ８、Ｔ９が割り当てられており、基地局１と通信を行う。図１４に示すように、次のフレームの制御スロットでは、端末Ｔ１０、Ｔ１１、Ｔ１２がチャネル確立要求をする。端末Ｔ１０、Ｔ１１、Ｔ１２は前のフレームの情報スロットＳＴ１、ＳＴ２でチャネル確立要求予告信号を送信して、次のフレームでチャネル確立要求をすることを、既に情報スロットが割り当てられている端末に通知しておく。
【００５９】
ここで、情報スロットＳＴ１（図１０参照）における動作手順について説明する。
【００６０】
情報スロットＳＴ１の前の制御スロットで、端末Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６はチャネル確立に成功して、その結果、情報スロットＳＴ１が割り当てられている。
【００６１】
同時に、方向推定装置２７３により、端末Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６の方向を推定し、各端末の識別子情報と、端末の方向情報との対応関係は、端末・方向対応情報として対応記憶装置２７４により記憶される（ステップＳ２）。この端末・方向対応情報の内容に基づき、端末Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６の方向にそれぞれ最大指向性が向くビームを形成するためのウェイトＷ＿Ｔ４、Ｗ＿Ｔ５、Ｗ＿Ｔ６を情報スロット用ウェイト演算装置２７５により算出し、情報スロットＳＴ１では、このウェイトＷ＿Ｔ４、Ｗ＿Ｔ５およびＷ＿Ｔ６をウェイト設定装置２７２によりビーム形成回路２５１の重み付け器２５１１１〜２５１１４、ビーム形成回路２５２の重み付け器２５２１１〜２５２１４およびビーム形成回路２５３の重み付け器２５３１１〜２５３１４に各々設定する（ステップＳ３）。これによって、ビーム形成回路２５１からの受信器２６１には端末Ｔ４からの受信出力を与え、ビーム形成回路２５２からの受信器２６２には端末Ｔ５からの受信出力を与え、ビーム形成回路２５３からの受信器２６３には端末Ｔ６からの受信出力を与えるようにすることができる。
【００６２】
端末Ｔ６は、第２の送受信器３３を介して、チャネル確立要求検出装置３６により近隣の端末Ｔ１０からのチャネル確立要求予告信号を受信するので（ステップＳ１１）、チャネル確立要求検出信号を基地局１に送信する（ステップＳ１２）。
【００６３】
端末Ｔ１１、Ｔ１２が送信したチャネル確立要求予告信号は、近隣に基地局１と通信中の端末がいないため受信されない。
【００６４】
制御スロット用ウェイト演算装置２７６の分布記憶装置２７６１では、受信器２６３で受信された端末Ｔ６からの信号にチャネル確立要求検出信号が含まれているので、端末Ｔ６の識別子情報に基づいて、対応記憶装置２７４に記憶された端末Ｔ６の方向を参照し、この方向をチャネル確立要求が検出された方向として記憶する（ステップＳ４）。図１１に情報スロットＳＴ１終了後の分布記憶装置２７６１の内容を示す。
【００６５】
次に、情報スロットＳＴ２（図１２参照）における動作手順について説明する。
【００６６】
情報スロットＳＴ２における端末Ｔ７、Ｔ８、Ｔ９も同様にチャネル確立に成功して、その結果、情報スロットＳＴ２が割り当てられている。
【００６７】
同時に、方向推定装置２７３により、端末Ｔ７、Ｔ８、Ｔ９の方向を推定し、各端末の識別子情報と、端末の方向情報との対応関係は、端末・方向対応情報として対応記憶装置２７４により記憶される（ステップＳ２）。この端末・方向対応情報の内容に基づき、端末Ｔ７、Ｔ８、Ｔ９の方向にそれぞれ最大指向性が向くビームを形成するためのウェイトＷ＿Ｔ７、Ｗ＿Ｔ８およびＷ＿Ｔ９を情報スロット用ウェイト演算装置２７５により算出し、情報スロットＳＴ２では、このウェイトＷ＿Ｔ７、Ｗ＿Ｔ８、Ｗ＿Ｔ９をウェイト設定装置２７２によりビーム形成回路２５１の重み付け器２５１１１〜２５１１４、ビーム形成回路２５２の重み付け器２５２１１〜２５２１４およびビーム形成回路２５３の重み付け器２５３１１〜２５３１４に各々設定する（ステップＳ３）。これによって、ビーム形成回路２５１からの受信器２６１には端末Ｔ７からの受信出力を与え、ビーム形成回路２５２からの受信器２６２には端末Ｔ８からの受信出力を与え、ビーム形成回路２５３からの受信器２６３には端末Ｔ９からの受信出力を与えるようにすることができる。
【００６８】
端末Ｔ７は、第２の送受信器３３を介して、チャネル確立要求検出装置３６により近隣の端末Ｔ１１からのチャネル確立要求予告信号を受信するので（ステップＳ１１）、チャネル確立要求検出信号を基地局１に送信する（ステップＳ１２）。
【００６９】
端末Ｔ１０、Ｔ１２が送信したチャネル確立要求予告信号は、近隣に基地局１と通信中の端末がいないため受信されない。
【００７０】
制御スロット用ウェイト演算装置２７６の分布記憶装置２７６１では、受信器２６１で受信された端末Ｔ７からの信号にチャネル確立要求検出信号が含まれているので、端末Ｔ７の識別子情報に基づいて、対応記憶装置２７４に記憶された端末Ｔ７の方向を参照し、この方向をチャネル確立要求が検出された方向として記憶する（ステップＳ４）。図１３に情報スロットＳＴ２終了後の分布記憶装置２７６１の内容を示す。
【００７１】
初期ウェイト変更装置２７６２は、１フレーム終了後に分布記憶装置２７６１に記憶されたチャネル確立要求が検出された方向の分布に基づいて、制御スロット用初期ウェイト記憶装置２７１に記憶されたウェイトＷ１、Ｗ２、Ｗ３により形成されるビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３（図４参照）のビーム幅を、多く分布している方向ほど狭く、少なく分布している方向ほど広く変更したｎ個のビームを形成するための新たなウェイトＺ１、Ｚ２、Ｚ３を算出する（ステップＳ５）。
【００７２】
次に、制御スロットＳＣ２（図１４参照）における動作手順について説明する。
【００７３】
端末Ｔ１０、Ｔ１１、Ｔ１２がチャネル確立要求を行う。
【００７４】
一方、制御スロット用ウェイト演算装置２７６により算出されたウェイトＺ１、Ｚ２およびＺ３は、ウェイト設定装置２７２によりビーム形成回路２５１の重み付け器２５１１１〜２５１１４、ビーム形成回路２５２の重み付け器２５２１１〜２５２１４およびビーム形成回路２５３の重み付け器２５３１１〜２５３１４に各々設定される（対応するエリアはＥ１、Ｅ２、Ｅ３）（ステップＳ６）。
【００７５】
これによって、ビーム形成回路２５１からの受信器２６１にはエリアＥ１内の端末Ｔ１１からの受信出力を与え、ビーム形成回路２５２からの受信器２６２にはエリアＥ２内の端末Ｔ１２からの受信出力を与え、ビーム形成回路２５３からの受信器２６３にはエリアＥ３内の端末Ｔ１０からの受信出力を与えるようにすることができる。したがって、端末Ｔ１０、Ｔ１１、Ｔ１２がチャネル確立は全て成功する。
【００７６】
このようにすることで、チャネル確立要求をする端末の方向を予め推定して、制御スロットでは、チャネル確立要求をする端末が多いと推定される方向にビーム幅が狭いビームを形成することで、同一ビーム内に複数の端末が入るのを回避し、チャネル確立が失敗する割合を低減することがきる（高い成功率のチャネル確立を実現することができる）。
【００７７】
（第２の実施形態）
本実施形態は基本的には第１の実施形態と同様であるので、以下では、本実施形態が第１の実施形態と相違する点を中心に説明する。
【００７８】
図１５に、本実施形態に係る端末の構成例を示す。図１５の端末の構成例に示されるように、本実施形態が第１の実施形態と相違する点は、第１の実施形態の図２の端末の構成例に端末受信電力測定装置３７を追加した点である。
【００７９】
なお、図１６に、この場合において、情報スロットが割り当てられている端末が近隣端末からチャネル確立予告信号を受信した際のビーム制御に関する手順の一例を示す。この場合の基地局１（アダプティブアレイ２）のビーム制御に関する処理手順例は図８と同様である。
【００８０】
この端末受信電力測定装置３７は、既に情報スロットを割り当てられている端末が、第２の送受信器３３を介してチャネル確立要求検出装置３６により近隣の端末からのチャネル確立要求予告信号を受信した場合（ステップＳ２１）、この受信信号の信号強度を測定し、測定された信号強度が所定値以上のときは（ステップＳ２２）、割り当てられている情報スロットで、チャネル確立要求検出信号を基地局１に送信する（ステップＳ２３）。
【００８１】
このように、受信電力が所定値未満のチャネル確立要求予告信号を無視することで、距離が離れた端末からのチャネル確立要求予告信号に対応するチャネル確立要求検出信号を基地局１に送信するのを防ぐことができる。したがって、制御スロット用ウェイト演算装置２７６の分布記憶装置２７６１により記憶される確立要求が検出された方向の分布が正確になる。
【００８２】
（第３の実施形態）
本実施形態は基本的には第１の実施形態と同様であるので、以下では、本実施形態が第１の実施形態と相違する点を中心に説明する。
【００８３】
図１７に、本実施形態に係る端末の構成例を示す。また、図１８に、本実施形態に係るアダプティブアレイのウェイト制御装置の制御スロット用ウェイト演算装置の構成例を示す。
【００８４】
図１７の端末の構成例に示されるように、本実施形態が第１の実施形態と相違する点は、第１の実施形態の図２の端末の構成例に識別子予告装置３８と識別子検出装置３９を追加した点と、図１８の制御スロット用ウェイト演算装置の構成例に示されるように、第１の実施形態の図７の制御スロット用ウェイト演算装置２７６の構成例に重複防止装置２７６３を追加した点である。
【００８５】
なお、図１９に、この場合において、情報スロットが割り当てられている端末が近隣端末からチャネル確立予告信号を受信した際のビーム制御に関する手順の一例を示す。この場合の基地局１（アダプティブアレイ２）のビーム制御に関する処理手順例は基本的には図８と同様である（ただし、ステップＳ４において同一識別子については重複して処理しないものとする）。
【００８６】
識別子予告装置３８は、端末がチャネル確立要求予告信号を送信するときに、当該端末の識別子情報を含んだ識別予告信号を付加して送信する。
【００８７】
識別子検出装置３９は、既に情報スロットを割り当てられている端末が、第２の送受信器３３を介してチャネル確立要求検出装置３６により近隣の端末からのチャネル確立要求予告信号を受信した場合に（ステップＳ３１）、識別子予告信号も受信したときは（ステップＳ３２）、割り当てられている情報スロットで、チャネル確立要求検出信号と検出した識別子予告信号とを基地局１に送信する（ステップＳ３３）。一方、識別子予告信号も受信したときは（ステップＳ３２）、割り当てられている情報スロットで、チャネル確立要求検出信号を基地局１に送信する（ステップＳ３３）。
【００８８】
重複防止装置２７６３は、情報スロットで受信器で受信された端末からの信号に、同一スロット内で既に受信された識別子予告信号に含まれていた識別子情報と同一の識別子情報を含む識別子予告信号が含まれている場合には、このときの受信器からの信号を分布記憶装置２７６１に入力しない。
【００８９】
このようにすることで、同一フレーム内で、同一端末からのチャネル確立要求予告信号に対応するチャネル確立要求検出信号が分布記憶装置２７６１に入力されるのを防止できる。したがって、制御スロット用ウェイト演算装置２７６の分布記憶装置２７６１により記憶される確立要求が検出された方向の分布が正確になる。
【００９０】
なお、上記では、端末が、近隣端末からチャネル確立要求予告信号とともに識別子予告信号を受信する場合と受信しない場合とがあり得る（近隣端末はチャネル確立要求予告信号とともに識別子予告信号を送信する場合と送信しない場合とがあり得る）ことを想定したが、近隣端末は常にチャネル確立要求予告信号とともに識別子予告信号を送信し、この近隣端末からチャネル確立要求予告信号とともに識別子予告信号を受信した端末は、チャネル確立要求予告信号とともに識別子予告信号を基地局１に送信するようにしてもよい。
【００９１】
以上説明してきたように、チャネル確立要求をしている端末の識別子が同一フレーム内で既に受信されたことがある場合には、このときの受信機からの信号を分布記憶装置２７６１に入力しないようにすることで、同一フレーム内で、同一端末からのチャネル確立要求予告信号の重複を防ぐことができる。したがって、制御スロット用ウェイト演算装置２７６の分布記憶装置２７６１により記憶される確立要求が検出された方向の分布が正確になる。
【００９２】
この第３の実施形態の構成に、さらに第２の実施形態の構成を組み合わせて実施することも可能である。
【００９３】
なお、本発明は、移動体通信システムだけでなく、ＦＷＡ（Ｆｉｘｅｄ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ａｃｃｅｓｓ）システムのような半固定システムに適用することも可能である。
【００９４】
なお、以上の各機能は、ソフトウェアとして実現可能である。
また、以上の機能あるいは装置あるいはシステムは、コンピュータに所定の手段を実行させるための（あるいはコンピュータを所定の手段として機能させるための、あるいはコンピュータに所定の機能を実現させるための）プログラムとして実施することもでき、該プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体として実施することもできる。
【００９５】
なお、この発明の実施の形態で例示した構成は一例であって、それ以外の構成を排除する趣旨のものではなく、例示した構成の一部を他のもので置き換えたり、例示した構成の一部を省いたり、例示した構成に別の機能あるいは要素を付加したり、それらを組み合わせたりすることなどによって得られる別の構成も可能である。また、例示した構成と論理的に等価な別の構成、例示した構成と論理的に等価な部分を含む別の構成、例示した構成の要部と論理的に等価な別の構成なども可能である。また、例示した構成と同一もしくは類似の目的を達成する別の構成、例示した構成と同一もしくは類似の効果を奏する別の構成なども可能である。
また、この発明の実施の形態で例示した各種構成部分についての各種バリエーションは、適宜組み合わせて実施することが可能である。
また、この発明の実施の形態は、個別装置としての発明、関連を持つ２以上の装置についての発明、システム全体としての発明、個別装置内部の構成部分についての発明、またはそれらに対応する方法の発明等、種々の観点、段階、概念またはカテゴリに係る発明を包含・内在するものである。
従って、この発明の実施の形態に開示した内容からは、例示した構成に限定されることなく発明を抽出することができるものである。
【００９６】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において種々変形して実施することができる。
【００９７】
【発明の効果】
本発明によれば、無線通信システムと通信中の端末を通してチャネル確立要求を行う旨を無線通信システムに予め通知することで、無線通信システムはチャネル確立要求をする端末の方向を予め推定して、端末の分布に応じてビームを形成することで、制御スロットで、同一ビーム内に複数の端末が入るのを回避し、チャネル確立が失敗する割合を低減することがきる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る無線通信システムの構成例を示す図
【図２】同実施の形態に係る端末の構成例を示す図
【図３】同実施の形態に係る基地局の備えるアダプティブアレイの構成例を示す図
【図４】制御スロットＳＣ１における端末位置とビーム形状の一例を示す図
【図５】同実施の形態に係る方向推定装置の内部構成例を示す図
【図６】同実施の形態に係る信号到来方向推定装置の方向推定結果の一例を示す図
【図７】同実施の形態に係る制御スロット用ウェイト演算装置の内部構成例を示す図
【図８】同実施の形態に係る基地局の備えるアダプティブアレイのビーム制御に関する処理手順の一例を示すフローチャート
【図９】同実施の形態に係る端末が近隣端末からチャネル確立予告信号を受信した際のビーム制御に関する手順の一例を示すフローチャート
【図１０】情報スロットＳＴ１における端末位置とビーム形状の一例を示す図
【図１１】情報スロットＳＴ１終了後の分布記憶装置の内容の一例を示す図
【図１２】情報スロットＳＴ２における端末位置とビーム形状の一例を示す図
【図１３】情報スロットＳＴ２終了後の分布記憶装置の内容の一例を示す図
【図１４】制御スロットＳＣ２における端末位置とビーム形状の一例を示す図
【図１５】同実施の形態に係る端末の他の構成例を示す図
【図１６】同実施の形態に係る端末が近隣端末からチャネル確立予告信号を受信した際のビーム制御に関する手順の他の例を示すフローチャート
【図１７】同実施の形態に係る端末のさらに他の構成例を示す図
【図１８】同実施の形態に係るウェイト制御装置の制御スロット用ウェイト演算装置の構成例を示す図
【図１９】同実施の形態に係る端末が近隣端末からチャネル確立予告信号を受信した際のビーム制御に関する手順のさらに他の例を示すフローチャート
【図２０】従来の無線通信システムにおける空間分割多重を示す図
【図２１】従来の無線通信システムにおける多重化数が３の場合のアダプティブアレイの構成を示す図
【図２２】従来の無線通信システムにおける制御スロットにおける端末位置とビーム形状を示す図
【符号の説明】
１…基地局
２…アダプティブアレイ
２１１〜２１４…アンテナ素子
２２１〜２２４…増幅器（低雑音増幅器）
２３１〜２３４…周波数変換器
２４１〜２４４…分配器
２５１〜２５３…ビーム形成回路
２５１１１〜２５１１４，２５２１１〜２５２１４，２５３１１〜２５３１４…重み付け器
２５１２，２５２２，２５３２…合成器
２６１，２６２，２６３…受信器
２７…ウェイト制御装置
２７１…制御スロット用初期ウェイト記憶装置
２７２…ウェイト設定装置
２７３…方向推定装置
２７３１…信号到来方向推定装置
２７３２…端末方向推定装置
２７４…対応記憶装置
２７５…情報スロット用ウェイト演算装置
２７６…制御スロット用ウェイト演算装置
２７６１…分布記憶装置
２７６２…初期ウェイト変更装置
２７６３…重複防止装置
３…端末
３１…第１の送受信器
３２…第１のアンテナ
３３…第２の送受信器
３４…第２のアンテナ
３５…チャネル確立要求予告装置
３６…チャネル確立要求検出装置
３７…端末受信電力測定装置
３８…識別子予告装置
３９…識別子検出装置
【図１】
0003906036.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003906036.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003906036.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003906036.tif 000008
【図８】
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【図９】
0003906036.tif 000010
【図１０】
0003906036.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003906036.tif 000014
【図１４】
0003906036.tif 000015
【図１５】
0003906036.tif 000016
【図１６】
0003906036.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
0003906036.tif 000019
【図１９】
0003906036.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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