JP2000295195A - Ofdm復調装置 - Google Patents
Ofdm復調装置Info
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Abstract
窓の時間位置が本来の位置からずれることに起因してF
FT処理後の複素信号の周波数位相特性に現れる一次傾
斜分の影響により、高精度な伝送路特性の推定に大きな
影響を与えるという解決すべき課題があった。 【解決手段】 受信したOFDM信号の有効シンボル期
間を時間窓で抽出する手段1、その手段により抽出した
OFDM信号の有効シンボル期間をFFT処理し、その
結果を出力するFFT処理手段2、FFT処理に供する
OFDM信号の有効シンボル期間の時間窓が正規の時間
位置からずれることに起因してFFT処理結果に現れる
周波数位相特性の一次傾斜を検出する位相特性一次傾斜
検出手段3、および上記FFT処理手段による出力から
前記位相特性一次傾斜検出手段による出力を除去する位
相特性一次傾斜除去手段4を少なくとも具えて、FFT
処理に供するOFDM信号の有効シンボル期間の時間窓
が正規の位置からずれることに起因してFFT処理結果
に現れる周波数位相特性の一次傾斜を除去して出力し得
るように構成した。
Description
るデジタル放送やデジタル伝送におけるFFT(高速フ
ーリエ変換)処理を用いるOFDM復調装置および復調
結果から伝送路の特性を推定し、等化を行う等化装置に
係り、特に、FFT窓の時間位置のずれに起因して生じ
る復調信号の位相誤差を補正し、誤差の少ない復調信号
を供給するとともに高精度な伝送路特性の推定を実現さ
せるOFDM復調装置に関する。
ては、マルチパス歪みに起因する誤り率特性劣化の軽減
を目的として、有効シンボル期間の一部の期間をガード
インターバルとして有効シンボルの前に付加する。OF
DM復調器におけるFFT窓の時間位置は有効シンボル
部分と一致しているのが理想的であるが、前ゴーストが
あることを考慮してFFT窓の位置は時間的に少し前の
方に設定することが考えられる。また、有効シンボル期
間の時間位置を推定する手法として、ガードインターバ
ル期間と同じ波形をもつ有効シンボル期間内の波形との
相関演算結果にシンボル間隔で生じる相関ピークを用い
る方法があるが、マルチパス歪みや回り込み妨害、さら
には伝送路雑音の影響により推定位置が期待される時間
位置からずれることがあり、このような時間位置のずれ
がFFT処理の結果である各キャリア毎の複素データに
おける位相値に誤差を与える。
考慮し、各キャリアの復調に際して各々のキャリアの位
相不確定性を考慮して時間的に1シンボル前の同じ周波
数のキャリア位相との変化量でデータを伝送する差動変
復調方式や、近接した周波数のパイロットキャリア信号
の位相を基準として復調を行うパイロット同期方式な
ど、FFT窓の位置ずれによる位相誤差の影響がほとん
どない方式を用いている。しかしながら、受信信号のF
FT処理結果から受信信号の伝送路特性の推定などを行
う場合、FFT窓の位置ずれによる位相誤差が大きく影
響してしまうという問題点があった。
パイロットキャリアや基準シンボルにおける、各キャリ
アの送信時の振幅、位相値を基準として、受信された信
号のそれぞれのキャリアの振幅、位相値から伝送路の特
性を推定する回り込みキャンセラや等化器の場合には、
FFT窓の時間位置は有効シンボル部分と正確に一致し
ている必要があり、正規の時間位置からオフセットが生
じた場合、同一時刻における各キャリアの位相はFFT
窓の時間位置のオフセット量によって一次傾斜が付加さ
れていて、このままでは、精密な伝送路特性の推定はで
きない。
補正をハードウエアで行おうとすると、フィードバック
制御により補正に遅延が生じ、また、マルチパス歪みや
回り込みの歪みによって再生されるシンボルタイミング
に誤差を生じるため、FFTの正規の時間位置への高精
度な窓位置制御が必要となり実現が難しい。
がある場合、伝送路の位相特性にはリップルが生じてい
るため、これをFFT窓の位置ずれによる位相誤差と区
別して処理を行う必要がある。
して、マルチパスや回り込み等による波形歪みが存在す
る条件下でも、FFT窓の位置ずれによる位相誤差のみ
を補正し、もって高精度な伝送特性の推定を可能にする
OFDM復調装置を提供することにある。
においては、FFT窓の位置ずれによる位相誤差の補正
は、まず、FFT出力の複素データ位相連続化処理を行
い、周波数軸上で連続した位相特性を得て、次に、マル
チパス歪みや回り込み歪みによって生じる位相特性のリ
ップル成分を除去するため、位相特性にフィルタ処理を
行い、さらに一次傾斜の傾斜値を求めて、周波数位相特
性上で一次傾斜成分として現れるFFT窓の位置ずれに
よる位相誤差のみを取り出す。このようにして求められ
た周波数軸位相特性上の一次傾斜の値を基にして、FF
T出力データからFFT窓の時間位置のずれに起因する
位相誤差を除去する処理を行い、マルチパス歪みや回り
込み歪みによる位相誤差のみを抽出し、高精度の伝送路
推定を可能にするようにしている。
信したOFDM信号の有効シンボル期間を時間窓で抽出
する手段、該手段により抽出したOFDM信号の有効シ
ンボル期間をFFT処理し、その結果を出力するFFT
処理手段、FFT処理に供するOFDM信号の有効シン
ボル期間の時間窓が正規の時間位置からずれることに起
因してFFT処理結果に現れる周波数位相特性の一次傾
斜を検出する位相特性一次傾斜検出手段、および前記F
FT処理手段による出力から前記位相特性一次傾斜検出
手段による出力を除去する位相特性一次傾斜除去手段を
少なくとも具えて、FFT処理に供するOFDM信号の
有効シンボル期間の時間窓が正規の時間位置からずれる
ことに起因してFFT処理結果に現れる周波数位相特性
の一次傾斜を除去して出力し得るように構成したことを
特徴とするものである。
相特性一次傾斜検出手段が、受信するOFDM信号に多
重されている既知の振幅と位相を有する基準信号を用い
て複素除算を行い伝送路の伝達関数を算出する手段、お
よび該算出する手段により算出した伝送路の伝達関数の
周波数位相特性に現れる一次傾斜からFFT処理に供す
るOFDM信号の有効シンボル期間の時間窓の正規の時
間位置からのずれを求める位相特性一次傾斜分抽出手段
を少なくとも具えたことを特徴とするものである。
たOFDM信号の有効シンボル期間を時間窓で抽出する
手段、該手段により抽出したOFDM信号の有効シンボ
ル期間をFFT処理し、その結果を出力するFFT処理
手段、FFT処理に供するOFDM信号の有効シンボル
期間の時間窓が正規の時間位置からずれることに起因し
てFFT処理結果に現れる周波数位相特性の一次傾斜を
検出する位相特性一次傾斜検出手段、および該位相特性
一次傾斜検出手段による出力をもってFFT処理に供す
るOFDM信号の有効シンボル期間の時間窓の正規の時
間位置からのずれを算出し、FFT処理に供するOFD
M信号の有効シンボル期間の時間窓が正規の時間位置を
保つように制御するFFT窓正規位置制御手段を少なく
とも具えて、FFT処理に供する有効シンボル期間を抽
出するFFT窓の正規の時間位置からのずれを、FFT
処理後の複素信号の周波数位相特性に現れる一次傾斜か
ら演算して求め、該求めたずれの値をもとに、FFT窓
の時間位置を制御し、FFT窓が常に正規の時間位置を
保つ機能を有するように構成したことを特徴とするもの
である。
相特性一次傾斜検出手段が、受信するOFDM信号に多
重されている既知の振幅と位相を有する基準信号を用い
て複素除算を行い伝送路の伝達関数を算出する手段、お
よび該算出する手段により算出した伝送路の伝達関数の
周波数位相特性に現れる一次傾斜からFFT処理に供す
るOFDM信号の有効シンボル期間の時間窓の正規の時
間位置からのずれを求める位相特性一次傾斜分抽出手段
を少なくとも具えたことを特徴とするものである。
実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。OFD
M復調装置におけるFFT窓の位置ずれは、FFT出力
の周波数位相特性の一次傾斜成分として観測される。周
波数f、振幅a(f)のOFDM信号の1キャリアをF
FT窓に位置ずれがない状態で観測したときの波形を
(1)式で表すと、FFT窓が時間τだけガードインタ
ーバル側にずれた状態における波形は(2)式となる。
よる位相誤差をe(f)とすると、e(f)は(3)式
となる。 e(f)=−2πfτ (3)
差の例を示している。図1に示すように、OFDM信号
の1シンボル内におけるFFT窓の位置ずれによる位相
誤差量は周波数に比例し、OFDM信号の中心キャリア
周波数を中心に奇対称な直線となる。不連続点は±πを
越えた部分である。また、OFDM信号の中心キャリア
は複素FFTにおける直流成分となるため、FFT窓の
位置ずれによる位相誤差は生じない。
込み、およびFFT窓の位置ずれがあるときの位相誤差
の例をそれぞれ示している。マルチパスによるOFDM
信号受信波形の位相誤差、および回り込みによるOFD
M信号受信波形の位相誤差は、それぞれ図2(a)、図
2(b)に示すように周期関数となっている。さらに、
マルチパス歪みと回り込み歪みの両方が存在する場合
は、OFDM信号受信波形の位相誤差も図2(c)に示
すように周期関数であり、図2(a)と図2(b)とを
合成した波形となる。次に、マルチパス歪みと回り込み
歪みが合わさったOFDM信号受信波形に、FFT窓の
位置ずれによる位相誤差が加わった場合は図2(d)の
ようになる。図2(d)の不連続点は±πを越えた部分
である。ここで、マルチパス歪みによる位相誤差、回り
込み歪みによる位相誤差はともに周期関数であるため、
位相誤差の平均はほぼ0となる。また、白色ガウス雑音
による位相誤差も、平均すると0と見なすことができ
る。
相特性に対して平均化処理やFIRフィルタ等によるL
PF処理を行うと、マルチパス歪みや回り込み歪みや白
色ガウス雑音等による位相誤差は除去することができ、
FFT窓の位置ずれによる位相誤差の一次傾斜分だけが
検出できることになる。さらに、ここで得られたFFT
窓の位置ずれによる位相誤差分をOFDM復調信号の位
相値から減算することにより、OFDM復調信号からF
FT窓の位置ずれによる位相誤差のみを除去することが
可能となる。図3(a),(b),(c),(d)は、
この原理に基づくFFT窓の位置ずれによる位相誤差の
除去の過程を順を追って示していて、(a)は位相誤差
抽出、(b)は位相連続化処理、(c)は位相特性平均
化処理、および(d)はFFT窓の位置ずれによる位相
誤差が除去されたFFTデータの位相特性である。
OFDM復調装置の第1の実施形態を示している。図4
において、1はFFT窓処理、2はFFT、3は位相特
性一次傾斜検出、4は位相特性一次傾斜除去、および5
はFFT窓正規位置制御を行うそれぞれの処理ブロック
である。
受信したOFDM信号の有効シンボル期間をFFT窓処
理1で抽出し、抽出したOFDM信号の有効シンボル期
間をFFT2し、FFTした後の複素信号からFFT窓
の時間位置が有効シンボル期間からずれることに起因し
てFFTの結果に現れる周波数位相特性の一次傾斜を検
出3し、この検出した周波数位相特性の一次傾斜を用い
てFFT窓の位置ずれによる位相誤差である位相特性一
次傾斜を除去4するようにしている。さらに、この位相
特性の一次傾斜によりFFT窓の有効シンボル期間から
のずれの量を検知し、FFT窓の位置を正規の時間位置
に保つように制御5している。
の位置ずれ量を検知して、その検知した位置ずれ量をF
FT窓処理1にフィードバックするFFT窓正規位置制
御の処理ブロック(図4において、符号5で示される)
について説明する。図5は、FFT窓正規位置制御の処
理ブロック5内の詳細な信号処理系統を示している。
(図4参照)で検知されたFFT窓の位置ずれによる位
相誤差である周波数位相特性の一次傾斜の傾きをs[r
ad/Hz]、ガードインターバル側を正として有効シ
ンボル期間からのFFT窓の位置ずれの時間をτW [s
ec]で表すと、τW は(4)式となる。
τg 、正規位置制御前のFFT窓の位置(FFT窓の正
規位置τg を1シンボル遅延6で1シンボル期間遅延さ
せることで得られる)を有効シンボル期間からの時間差
でτp 、OFDM信号受信波形の前ゴーストなどを考慮
したオフセット値7をτo とする(図5参照)と、FF
T窓の正規位置τg は(5)式で表される。 τg =τp −τW +τo (5) また、τg に信号のサンプリング周波数(規格化定数)
8を掛け合わせると、クロック単位のFFT窓の位置ず
れ量を得る。
実施形態を示している。なお、図6においては、本発明
によるOFDM復調装置の第1の実施形態である図4と
同一の信号処理を行う部分には、同一符号を付して示し
ている。
既知の基準信号9を用いて伝送路の伝達関数を算出10
し、各キャリアの伝達関数の位相特性からFFT窓の位
置ずれによる一次傾斜を検出3してその検出結果を用い
て伝達関数の位相特性の一次傾斜を除去する処理4を行
うことで、FFT窓の位置ずれによる位相誤差を除去す
るようにしている。
数を表す。また、説明は、基準シンボルがある場合につ
いて述べるが、BST−OFDM信号に多重されるSP
(Scattered Pilot signal)を用いても同様の処理を行
うことができる。いま、OFDM信号波形のFFT2
(図6参照)出力におけるk番目のキャリアの複素振幅
値を
(6)式となる。
による逆変調により除去されるため、位相特性の移動平
均処理やFIRフィルタ、IIRフィルタ等によるLP
F処理の際に位相点毎の分類を必要とせず、[外3]の
位相特性の平均化処理を行うことで、容易にFFT窓の
位置ずれ量の推定が可能となる。また、[外2]がBS
T−OFDM信号に多重されているSPのような離散デ
ータであっても、[外2]の存在するキャリア番号だけ
で[外3]を計算し、[外3]の位相特性を平均化処理
することで、FFT窓の位置ずれによる位相誤差の推定
が可能となる。
実施形態を示している。この図7においても、図4(本
発明によるOFDM復調装置の第1の実施形態)と同一
の信号処理を行う部分には、同一符号を付して示してい
る。
位相特性の一次傾斜を求める際、位相特性に対して低域
通過フィルタ(LPF)処理による平均化処理を行い、
位相特性に含まれる一次傾斜のみを算出するようにして
いる。
れた複素ベースバンドOFDM信号の有効シンボル期間
をFFT窓処理1で切り取り、符号2で示すブロックで
複素FFTを行う。複素FFT出力を直交座標から極座
標に変換11し振幅値rと位相値θを得る。いま、OF
DM信号のk番目のキャリアのFFT出力の複素振幅値
における実軸データをik 、虚軸データをqk 、極座標
に変換した信号の振幅値をrk 、位相値をθk とする
と、rk は(7)式、θk は(8)式で表される。
πまでの範囲の値であり、この範囲を越えるときに不連
続点が生じるため、符号12で示すブロックで位相連続
化を行い不連続点をなくする。この際、複素FFTの直
流に相当するOFDM信号の中心キャリアではFFT窓
の位置ずれによる位相誤差は生じず、FFT窓の位置ず
れによる位相誤差はOFDM信号の中心キャリアの周波
数に対して奇対称となるという性質を利用して、位相の
連続化12をOFDM信号の中心キャリアから上の周波
数と下の周波数の2つに分けて行う。キャリアの位相が
±πの範囲を越えたことの判定は、隣のキャリアとの位
相差にある閾値を設定し、その閾値を越えて小さくなっ
た場合は+πを、その閾値を越えて大きくなった場合は
−πを越えたと判定する。位相連続化12された位相特
性を、符号13で示すブロックでLPF処理し、位相特
性の一次傾斜分のみを算出する。
いて説明する。図8は、位相特性の一次傾斜の算出を行
う、図7中の当該処理13のさらに詳細な信号処理系統
を示している。図8において、位相連続化12(図7参
照)された信号をFIRフィルタやIIRフィルタ等を
用いてLPF処理16することにより、マルチパス歪み
や回り込み歪み等による位相誤差成分の大部分が除去さ
れ、FFT窓の位置ずれによる一次傾斜分が残る。これ
を位相特性直線近似の処理ブロック17で直線化し、F
FT窓の位置ずれによる位相特性の一次傾斜分を抽出1
8する。このFFT窓の位置ずれによる位相特性の一次
傾斜分を抽出するにあたっては、最小二乗法による直線
近似を使用することができる。
る。いま、kをキャリア番号を示す変数、nをキャリア
数、kc をOFDM信号の中心キャリア番号とする。こ
こに、0≦k<n、kc ⊂kである。FFT窓の位置ず
れによる位相特性の一次傾斜は、kc で周波数軸と交わ
るので、一次傾斜の傾きaは、最小二乗法を用いて
(9)式で表される。図9に、最小二乗法による位相特
性の一次傾斜量抽出の処理19を示す。
連続化された位相特性から、位相特性一次傾斜算出13
により算出された一次傾斜を位相特性一次傾斜除去14
で除去する。FFT窓の位置ずれによる一次傾斜除去後
の位相特性θk ′は(10)式で表される。 θk ′=θk −a(k−kc ) (10) この一次傾斜が除去された位相値θ′と極座標変換11
で得られた振幅値rとを、直交座標変換処理15のブロ
ックに供給してI,Qの複素振幅値に戻す。
の実施形態)においては、FFT窓の位置ずれの量を位
相特性の一次傾斜の量から求めるようにしているため、
クロック以下の小さな量のFFT窓の位置ずれであって
も求めることができると同時に、FFT窓の位置がOF
DM信号のシンボル内であれば、どのような位置ずれで
も補正することができる。
施形態を示している。この図10においても、図4(本
発明によるOFDM復調装置の第1の実施形態)と同一
の信号処理を行う部分には、同一符号を付して示してい
る。
は、位相特性の一次傾斜を群遅延特性のLPF処理から
求め、FFT窓の位置ずれによる位相特性の一次傾斜を
除去、補正するようにしている。
ックでFFTを行ったFFT出力の複素データから位相
情報をもつ大きさ1の複素数を求め、これに隣り合うキ
ャリアの複素共役を掛けて位相特性の周波数方向の微分
値である群遅延特性を算出20する。いま、kをキャリ
ア番号を示す変数、nをキャリア数、kc をOFDM信
号の中心キャリア番号とする。ここに、0≦k<n、k
c ⊂kである。k番目のキャリアの複素FFTデータを
[外1]とすると、群遅延特性
斜は群遅延特性では一定値になる。
次傾斜分抽出の処理ブロック21で平均化処理して位相
特性の一次傾斜を抽出する。この位相特性一次傾斜分抽
出21とその前段の群遅延特性算出20の処理ブロック
は、図4における位相特性一次傾斜検出3を構成してい
る。図11に、位相特性一次傾斜分抽出の処理ブロック
21の詳細な信号処理系統を示している。これは、群遅
延特性算出20の出力を群遅延特性LPF23に通すこ
とで、マルチパスや回り込み等による群遅延特性のリッ
プル分の大部分が除去され、FFT窓の位置ずれによる
遅延の定数分が残る。次段の群遅延特性平均化24でL
PF処理後の群遅延特性を平均化し、位相特性一次傾斜
算出25から位相特性の一次傾斜に相当する群遅延の定
数値を抽出する。
照)で求めた位相特性の1次傾斜を表す大きさ1の複素
数を
幅値の位相回転後の値を
2(図4におけるブロック4に相当)におけるキャリア
位相回転の式は(12)式で表され、この処理によって
FFT窓の位置ずれによる位相特性の一次傾斜を除去す
ることができる。
三角関数は一切用いず、すべての処理を乗算と除算で行
うことができるため、ハードウェアを製作するうえで、
三角関数のテーブル用のROM等を必要としないほか、
DSP(Digital Signal Processor)を用いる場合は演
算時間を少なくすることができる点に特徴がある。
間の時間位置が本来の位置からずれることにより生ずる
位相回転を補正し、高精度な伝送路特性の推定が可能な
OFDM復調装置を実現することができる。
している。
置ずれがあるときの位相誤差の例をそれぞれ示してい
る。
過程をそれぞれ示している。
示している。
ク内の詳細な信号処理系統を示している。
示している。
示している。
ク内の詳細な信号処理系統を示している。
法による直接近似法を使用した場合を示している。
を示している。
ブロック内の詳細な信号処理系統を示している。
Claims (4)
- 【請求項1】 受信したOFDM信号の有効シンボル期
間を時間窓で抽出する手段、 該手段により抽出したOFDM信号の有効シンボル期間
をFFT処理し、その結果を出力するFFT処理手段、 FFT処理に供するOFDM信号の有効シンボル期間の
時間窓が正規の時間位置からずれることに起因してFF
T処理結果に現れる周波数位相特性の一次傾斜を検出す
る位相特性一次傾斜検出手段、および前記FFT処理手
段による出力から前記位相特性一次傾斜検出手段による
出力を除去する位相特性一次傾斜除去手段を少なくとも
具えて、FFT処理に供するOFDM信号の有効シンボ
ル期間の時間窓が正規の時間位置からずれることに起因
してFFT処理結果に現れる周波数位相特性の一次傾斜
を除去して出力し得るように構成したことを特徴とする
OFDM復調装置。 - 【請求項2】 請求項1記載のOFDM復調装置におい
て、前記位相特性一次傾斜検出手段は、 受信するOFDM信号に多重されている既知の振幅と位
相を有する基準信号を用いて複素除算を行い伝送路の伝
達関数を算出する手段、および該算出する手段により算
出した伝送路の伝達関数の周波数位相特性に現れる一次
傾斜からFFT処理に供するOFDM信号の有効シンボ
ル期間の時間窓の正規の時間位置からのずれを求める位
相特性一次傾斜分抽出手段を少なくとも具えたことを特
徴とするOFDM復調装置。 - 【請求項3】 受信したOFDM信号の有効シンボル期
間を時間窓で抽出する手段、 該手段により抽出したOFDM信号の有効シンボル期間
をFFT処理し、その結果を出力するFFT処理手段、 FFT処理に供するOFDM信号の有効シンボル期間の
時間窓が正規の時間位置からずれることに起因してFF
T処理結果に現れる周波数位相特性の一次傾斜を検出す
る位相特性一次傾斜検出手段、および該位相特性一次傾
斜検出手段による出力をもってFFT処理に供するOF
DM信号の有効シンボル期間の時間窓の正規の時間位置
からのずれを算出し、FFT処理に供するOFDM信号
の有効シンボル期間の時間窓が正規の時間位置を保つよ
うに制御するFFT窓正規位置制御手段を少なくとも具
えて、FFT処理に供する有効シンボル期間を抽出する
FFT窓の正規の時間位置からのずれを、FFT処理後
の複素信号の周波数位相特性に現れる一次傾斜から演算
して求め、該求めたずれの値をもとに、FFT窓の時間
位置を制御し、FFT窓が常に正規の時間位置を保つ機
能を有するように構成したことを特徴とするOFDM復
調装置。 - 【請求項4】 請求項3記載のOFDM復調装置におい
て、前記位相特性一次傾斜検出手段は、 受信するOFDM信号に多重されている既知の振幅と位
相を有する基準信号を用いて複素除算を行い伝送路の伝
達関数を算出する手段、および該算出する手段により算
出した伝送路の伝達関数の周波数位相特性に現れる一次
傾斜からFFT処理に供するOFDM信号の有効シンボ
ル期間の時間窓の正規の時間位置からのずれを求める位
相特性一次傾斜分抽出手段を少なくとも具えたことを特
徴とするOFDM復調装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09882999A JP3851017B2 (ja) | 1999-04-06 | 1999-04-06 | Ofdm復調装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09882999A JP3851017B2 (ja) | 1999-04-06 | 1999-04-06 | Ofdm復調装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000295195A true JP2000295195A (ja) | 2000-10-20 |
JP3851017B2 JP3851017B2 (ja) | 2006-11-29 |
Family
ID=14230190
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP09882999A Expired - Lifetime JP3851017B2 (ja) | 1999-04-06 | 1999-04-06 | Ofdm復調装置 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3851017B2 (ja) |
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