JP2001519116A - 固定分割率および可変拡散コード長を利用する多重率直接シーケンスアーキテクチュア - Google Patents

固定分割率および可変拡散コード長を利用する多重率直接シーケンスアーキテクチュア

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Abstract

(57)【要約】 受信機が2つまたはそれ以上の異なった拡散コード長を使用している固定分割率で伝送された多ビットディジタル信号を逆拡散するように適用されたスペクトラム拡散通信方式が提供される。結果として、長距離のような妨害抵抗が臨界である状態では、より長い拡散コードがより低いデータ率で伝送するために利用され、短距離のような妨害抵抗が臨界でない状態では、より短い拡散コードが高いデータ率で伝送するために利用され得る。受信機はされに2つの異なった拡散コードに相関するように適用されたディジタル合致フィルタを備える。ディジタル合致フィルタは複数の連続する遅延段階(14K−141)を有するディジタル遅延ライン(12)を備え、ディジタル信号の分割率に対応している固定率でそれを通った受信されたディジタル信号を伝播する。第1の相関器(20)はディジタル信号を長さMを有する第1拡散コードと比較し、第2の相関器(30)はディジタル信号をMより小さい長さNを有する第2拡散コードと比較する。マルチプレクサ(42)は2つの相関の1つから出力を選択するように適用される。

Description

【発明の詳細な説明】 固定分割率および可変拡散コード長を利用する多重率直接シーケンスアーキテク チュア 発明の背景 1.発明の分野 本発明は直接シーケンススペクトラム拡散通信方式のラジオ受信機に係り、特 に異なった長さの拡散コードを有する固定分割率で伝送される複数のラジオ信号 を検出することができるラジオ受信機に関する。 2.関連技術の記述 スペクトラム拡散変調技術は通信、ナビゲーション、レーダおよに他の応用に 益々好適である。スペクトラム拡散システムにおいて、伝送される信号は送られ る情報を伝送するに要する最小帯域幅よりも十分に広い周波数帯域にわたって拡 散される。信号拡散の結果として、スペクトラム拡散システムは干渉または妨害 の感受性を減少し、高いデータ完全性および秘密性を可能にする。さらに、拡散 伝送パワーが広帯域に渡ることにより、帯域幅内のいかなる与えられた周波数に おいてもパワーレベルが著しく減少され、それにより他のラジオ装置との干渉を 減少する。これらの重要な利点の観点で、スペクトラム拡散通信方式は商業デー タ伝送に非常に好適である。 スペクトラム拡散通信方式の一つの型において、ラジオ周波数(RF)搬送波 は情報信号のクロック率よりも非常に高いビット率、即ち分割率を有するディジ タルコードシーケンスにより変調される。これらのスペクトラム拡散システムは “直接シーケンス”変調システムとして知られている。RF搬送波は一つまたは より多くのデータ流により2進法または求積法変調されてもよく、例えばそのデ ータ流はコードシーケンスがデータ“1”を表すとき一つの位相を有し、コード シーケンスがデータ“0”を表すとき予定の位相シフト(例えば、2進法の18 0°、求積法の90°)を有する。これらの型の変調は一般にそれぞれ2進法シ フトキー(BPSK)および求積法シフトキー(QPSK)として引用される。 無線構内通信ネットワーク(WLAN)と共に結合される複数のスペクトラム拡散 ラジオ受信機を使用することがまた知られている。上位中央処理ユニットは複数 の遠隔配置受信機のいずれか一つに情報を送り、かつ情報を受信する。かかるWL ANにおいて、遠隔受信機は上位中央処理ユニットに情報を報告するため限定され た周囲内で作動するポータブルユニットを備えてもよい。各遠隔受信機は同じR F搬送波周波数とディジタルコードシーケンスを使用して上位中央処理ユニット と通信する。このようなWLANシステムが遠隔受信機の操作者に周囲を通して実質 的に移動の自由を可能にすることによりハード配線式システムの増加された柔軟 性を提供することは明らかである。 個々のラジオ受信機は、RF搬送波を除去しかつディジタルコードシーケンス により変調されたディジタル情報信号を提供するため、上位処理ユニットからの RF信号を増幅しかつ濾波する。受信機はそれから、変調を除去しディジタル情 報を回復するためディジタルコードシーケンスで相関されたディジタル合致フィ ルタの使用によりディジタル信号を“逆拡散(de−spreads)する”。逆拡散さ れたディジタル情報の個別のディジタルビットは、それからマイクロプロセッサ 、ディジタル信号処理装置等のような通常のデータ処理論理システムの使用によ り順次処理され得る予め定義されたフォーマットを有するパケットに組み合わさ れる。 通信システムにおいて、エネルギー利得は信号対妨害比として定義される。よ り高い信号対妨害比では、より免疫になった受信機は受信機の効果的な範囲を増 加する妨害干渉(即ちバックグラウンドノイズ)にある。受信機の多様性なく作 動しているBPSKまたはQPSK通信システムとして、プロセス利得はエネルギー利得 と必然的に同一である。スペクトラム拡散処理装置におけるプロセス利得はデー タ率(Rb)により分割された情報信号を通信のために利用可能な帯域幅(BW) として定義され得る。デシベル(dB)として、この率は以下に定義される: PGdB=10log10(BW/Rb) 上記等式によれば、固定帯域幅として、処理利得はデータ率が減少するとき増 加する。分割率を固定することにより帯域幅もまた固定される。固定帯域幅は伝 送および受信RF回路の最適化を許容するので好適である。それ故、低データ率 は高データ率よりもより妨害またはノイズ免疫を提供し、受信機の処理利得はデ ータ率が半減される毎に略3dB増加する。増加された妨害免疫がこのようなWL ANシステムのおいて好ましいけれども、データ率の連合された減少は全体のシス テムとしてデータスループットの率を降下させる傾向にある。結果として、通信 システム設計者は、受け入れ可能なかつ実務的なシステム解決を提供するため妨 害免疫とデータスループットの二つの好ましい属性をバランスしなくてはならな い。 かくして、低データ率システムの妨害免疫を達成する一方でまた高データ率の データスループットを有する固定分割率の直接シーケンススペクトラム拡散通信 方式を提供することが好ましい。 発明の概要 スペクトラム拡散通信方式は、受信機が2つまたはそれ以上の異なった拡散コ ード長を使用している固定分割率で伝送される多ビットディジタル信号を逆拡散 するように適用されて提供される。結果として、より長い拡散コードは妨害抵抗 がより高い臨界である状態をより長い距離にわたるようにするため低データ率で 伝送するように利用され、短い拡散コードは妨害抵抗が低い臨界である状態をよ り短い距離にわたるようにするため高データ率で伝送するように利用され得る。 本発明の実施例において、受信機は2つの異なった拡散コードに相互関係する ように適用されたディジタル合致フィルタを備える。ディジタル合致フィルタは 複数の連続した段階を有するディジタル遅延ラインを有し、その段階はディジタ ル信号の分割率を2つの時間より大きいか等しい固定率で受信されたディジタル 信号をそれを通して伝播する。第1の相関器はディジタル信号を長さMを有する 第1拡散コードと比較し、第2の相関器はディジタル信号をMより短い長さNを 有する第2拡散コードと比較する。マルチプレクサが2つの相関器の一つから出 力を選択するように適用される。 特に、第1の相関器は、ディジタル遅延ラインの対応している一つの段階に結 合された第1入力および第1拡散コードの対応ビットに結合された第2入力をそ れぞれ有するM排他的OR論理ゲートを備えている。第1拡散コードおよびディジ タル信号間の相関を指示する出力の合計を提供するため、合計装置がM論理ゲー トの各出力に結合される。データ信号とクロック信号がM論理ゲートからの出 力の合計から引き出され、通信システムにより通信された伝言の前文はマルチプ レクサが第1の相関器からの出力を選択することを可能にするように検出される 。同様に、第2の相関器は、ディジタル遅延ラインの対応している一つの段階に 結合された第1入力および第2拡散コードの対応ビットに結合された第2入力を それぞれ有するN排他的OR論理ゲートを備えている。第2拡散コードおよびディ ジタル信号間の相関を指示する出力の合計を提供するため、合計装置がN論理ゲ ートの各出力に結合される。データ信号とクロック信号がN論理ゲートからの出 力の合計から引き出され、通信システムにより通信された伝言の前文はマルチプ レクサが第2の相関器からの出力を選択することを可能にするように検出される 。 固定分割率および可変拡散コード長を利用する多重率直接シーケンスアーキテ クチュアのより完全な理解は、好ましい実施例の以下の詳細な説明の斟酌により 、その付加的な利点および目的の関係と同様に、技術に熟練した者に提供される であろう。最初に簡単に記述される添付図面が参照されるであろう。 図面の簡単な説明 図1は本発明の実施例による直接シーケンススペクトラム拡散通信方式のディ ジタル合致フィルタを示すブロック線図である。 図2は図1のディジタル合致フィルタに使用されるディジタル相関器の例を示 すブロック線図である。 好適な実施例の詳細な説明 本発明は低データ率システムの妨害免疫と高データ率システムのデータスルー プットの両方を提供するため、固定分割率を有する直接シーケンススペクトラム 拡散通信方式の要求を満足させる。以下の詳細な記述において、同じ要素の番号 は図の一つまたはそれ以上に描かれた同様な要素を記述するために使用される。 まず図1を参照すると、直接シーケンススペクトラム拡散通信方式の受信機の ディジタル合致フィルタの実施例が示される。一般に技術において知られている ように、直接シーケンススペクトラム拡散通信方式の受信機はRF信号を受信し、 受信された信号を局部発振器により発生された搬送波周波数と乗じることにより RF信号をベースバンド信号に下降変換する。下降変換された信号はそれからアナ ログ−ディジタル変換器によりアナログからディジタルに変換され、またどん な発生ノイズも除去するために低域通過フィルタにより濾波されてもよい。その 後、受信された信号は、信号のディジタル情報を変調するためにはじめに使用さ れた拡散コードの分割率を有する多ビットディジタル信号の形で存在する。受信 された信号は、互いに90°である位相を有するIチャンネルおよびQチャンネ ルと呼ばれる2つの信号構成要素を付加的に含んでもよい。別々のIおよびQ構 成要素は下降変換され、多ビットディジタル信号を生じるため上述と同様な方法 で濾波される。受信機のこれらの良く知られた様子が操作システムに含まれるで あろうことが理解されるべきである。この詳細な記述を単純化するため、これら の良く知られた様子のさらなる記述は省略する。 本発明のディジタル合致フィルタはディジタル遅延ライン12、第1の相関器 20および第2の相関器30を含む。ディジタル遅延ライン12は複数の明瞭な 遅延段階14K−141を有する通常のシフトレジスタを備える。遅延段階14K−141の 各一つは、ナイキストサンプリング定理を満足するため、期待される拡散コード クロックまたは分割率の周期の半分以下の遅れを提供する。遅延ライン12はコ ードシーケンスまたは拡散コードにより両位相変調されたベースバンド信号を受 け、その結果コードの各1/0移行で位相反転が起こる。信号は分割率に対応して いる率で一連のシフトを通して遅延ライン12を下降伝播する。 2倍の分割率より大きい率において、遅延段階14K−141に保持されたデータ値 がそれぞれ第1および第2の相関器20、30とタップ結合を通してサンプルさ れる。第1の相関器20は遅延ライン12に含まれる信号が長さMを有する第1 拡散コードに相関するか否かを決定し、第2の相関器30は遅延ライン12に含 まれる信号が長さN、ここにMはNより大きい、を有する第2拡散コードに相関 するか否かを決定する。図1に示されるように、遅延ライン12はK遅延段階14K −141を有し、第1拡散コード長Mは各遅延段階が第1の相関器20によりサン プルされるようにKに等しい。第2の拡散コード長NはKより少なく、そのため 遅延段階14K−14Nのみが第2の相関器30によりサンプルされる。異なった拡散 コード長を受け入れるため、KはMより大きくてもよいが、KはMより小さくす ることは出来ない。 第1および第2の相関器20,30は構成において略同一であり、排他的OR 論理ゲート22,32、合計装置24、34、トラッキングおよびビット同期論 理ユニット26,36および前文検出論理ユニット28,38を含む。排他的OR 論理ゲート22,32はそれぞれの遅延段階14K−141に含まれる信号をそれぞれ 第1および第2拡張コードM、Nの対応するチップと比較する。合計装置24, 34は排他的OR論理ゲート22,32の出力を合計し、それぞれ受信信号と第1 および第2拡散コードM、Nとの間の相関の程度に比例した合計値を供給する。 図2を簡単に参照すると、相関器20の部分がより詳細に示される。受信され たベースバンドデータチップBM−B1はそれぞれの遅延段階14K−141からサンプ ルされ、排他的OR論理装置22M−221のそれぞれの第1端子に適用される。第 1拡散コードMのチップBM−B1はレジスタ18のメモリから予め負荷されてお り、排他的OR論理装置22M−221のそれぞれの第2端子に適用される。各排他 的OR論理装置22M−221の出力は合計装置24に供給され、それは上述のよう に合計値を供給する。相関器30は相関器20の構成と似ているが、第2拡散コ ードNを受け入れるためN排他的OR論理装置を必要とする。 図1に戻って、トラッキングおよびビット同期論理ユニット26,36は合計 装置24、34により供給された合計値を監視し、拡散コードM、Nの一つと受 信信号との間に相関を確立するか否かを決定する。かかる相関の決定について、 トラッキングおよびビット同期論理ユニット26、36は、受信信号から回復さ れた拡散ディジタル情報を含んでいるデータ出力を発生することにより、ディジ タル合致フィルタのタイミングを受信信号に同期し、調整されたクロック出力が そのデータ出力に同期される。受信信号との同期が達成された後、トラッキング およびビット同期論理ユニット26、36は入ってくるコード分割率を出来るだ け正確に合致させるため遅延ライン12の伝播率を調整する。かかるトラッキン グおよびビット同期システムは技術において知られている。 前文検出論理ユニット28、38は通信システムにより伝送された情報伝言の スタートを検出するために使用される。情報伝言は典型的に予め定義されたフォ ーマットと長さを有するパケットの形で伝送される。パケットは前文として知ら れた初期コードシーケンスを含み、それはパケットの伝送の始まりを表す。前文 伝言論理ユニット28、38はデータ出力およびそれぞれトラッキングおよびビ ット同期論理ユニット26、36からのクロック出力を監視し、このような前文 を検出する。このような前文検出システムは技術において知られている。 前文検出の上、前文検出論理ユニット28、38はマルチプレクサ42に可能 な信号を供給する。マルチプレクサ42はトラッキングおよびビット同期論理ユ ニット26、36に結合され、第1および第2の相関器20、30の両方からデ ータ出力とクロック出力を受ける。前文検出論理ユニット28、38の一つから の可能な信号は、マルチプレクサが特定の相関器20、30からのデータ出力お よびクロック出力を、伝送された情報を処理する受信機指定機械44に通すこと を許容させる。 本発明の作動において、WLANの伝送器は固定分割率および異なった長さ拡散コ ードMまたはNを使用している2つの論理チャンネルの1つに情報を伝送するた めに使用されてもよい。受信機が伝送器に比較的間近に接近してもたらされると きは、妨害免疫が重要な関心事ではなくなり、より短い拡散コードNが範囲の不 利益はあるが高データ率で伝送するため使用されてもよい。反対に、受信機が伝 送器からより離れて運ばれるとき、より高い処理利得およびより大きな妨害免疫 が、減少されたデータ率の不利益はあるが長い拡散コードMで伝送することによ り得ることができる。かくして、二重合致フィルタの使用は多重データ率の同時 使用を許容する。より多いチャンネル数でさえ、上述の2つの相関器に並列に他 の相関器を付加することにより利用できることが評価されるべきである。 固定分割率および可変拡散コード長を利用する多重率直接シーケンスアーキテ クチュアの好ましい実施例について説明したが、システム内の確実な利点が達成 されたことは技術に熟練した者に明らかであろう。また、種々の変形、応用およ び代替実施例が本発明の範囲および精神内で成され得ることが理解される。発明 はさらに以下の請求の範囲により定義される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョワノビッチ、アラン・エフ アメリカ合衆国、ワシントン州 98198 デス・モイネス、テンス・アベニュー・サ ウス 22431 (72)発明者 シャロン、ジュアン・ジー アメリカ合衆国、ワシントン州 98271 メリースビル、ワンハンドレッドアンドエ イツス・プレイス・エヌ・イー 5110 (72)発明者 メンソニデス、ジョン・ダブリュ アメリカ合衆国、ワシントン州 98275 ムキルテオ、エイティーファースト・プレ イス・エス・ダブリュ 4737

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.ディジタル信号を受けるように適用された複数の連続した遅延段階を有し 、前記ディジタル信号を固定率でそれを通して伝播するディジタル遅延ラインと 、 前記ディジタル遅延ラインに結合され、前記ディジタル信号と長さMを有する 第1拡散コードとの相関を取る第1の相関器と、 前記ディジタル遅延ラインに結合され、前記ディジタル信号とMより小さい長 さNを有する第2拡散コードとの相関を取る第2の相関器と、 前記第1および第2の相関器の各々に結合され、それぞれ前記第1および第2 拡散コードの1つに相関する前記第1および第2の相関器の1つから出力を選択 するマルチプレクサとを備えた スペクトラム拡散通信方式のディジタル合致フィルタ。 2.前記第1の相関器がさらに、 前記ディジタル遅延ラインの段階の対応している1つに結合された第1入力お よび前記第1拡散コードの対応しているビットに結合された第2入力を各々有す るM論理ゲートと、 前記M論理ゲートの各出力にそれぞれ結合され、前記第1拡散コードおよび前 記ディジタル信号間の相関を指示する前記出力の合計を提供する合計装置とを備 えた請求項1のディジタル合致フィルタ。 3.前記第1の相関器がさらに、前記M論理ゲートからの前記出力の合計から データ信号とクロック信号とを引き出す手段を備えた請求項2のディジタル合致 フィルタ。 4.前記第1の相関器がさらに、前記通信方式により通信された伝言の前文を 検出する手段を備え、この検出手段は前記マルチプレクサが前記第1の相関器か らの前記出力を選択することを可能にする請求項2のディジタル合致フィルタ。 5.前記論理ゲートがさらに排他的OR論理ゲートを備える請求項2のディジタ ル合致フィルタ。 6.前記第2の相関器がさらに、 前記ディジタル遅延ラインの段階の対応している1つに結合された第1入力お よび前記第2拡散コードの対応しているビットに結合された第2入力を各々有す るN論理ゲートと、 前記N論理ゲートの各出力にそれぞれ結合され、前記第2拡散コードおよび前 記ディジタル信号間の相関を指示する前記出力の合計を提供する合計装置とを備 えた請求項1のディジタル合致フィルタ。 7.前記第2の相関器がさらに、前記N論理ゲートからの前記出力の合計から データ信号とクロック信号とを引き出す手段を備えた請求項6のディジタル合致 フィルタ。 8.前記第2の相関器がさらに、前記通信方式により通信された伝言の前文を 検出する手段を備え、この検出手段は前記マルチプレクサが前記第2の相関器か らの前記出力を選択することを可能にする請求項6のディジタル合致フィルタ。 9.多ビットディジタル信号を受けるように適用された受信機を含んでいるス ペクトラム拡散通信方式において、 複数の連続した遅延段階を有し、前記ディジタル信号を固定率でそれを通して 伝播するディジタル遅延ラインと、 前記ディジタル信号と長さMを有する第1拡散コードとの相関を取る第1の手 段と、 前記ディジタル信号とMより小さい長さNを有する第2拡散コードとの相関を 取る第2の手段と、 前記第1および第2の相関を取る手段の1つから出力を選択するように適用さ れたマルチプレクサとを備えた受信機。 10.前記第1の相関を取る手段がさらに、 前記ディジタル遅延ラインの遅延段階の対応している1つに結合された第1入 力および前記第1拡散コードの対応しているビットに結合された第2入力を各々 有するM排他的OR論理ゲートと、 前記M論理ゲートの各出力に結合され、前記第1拡散コードおよび前記ディジ タル信号間の相関を指示する前記出力の合計を提供する合計装置とを備えた請求 項9の受信機。 11.前記第1の相関を取る手段がさらに、前記M論理ゲートからの前記出力 の合計からデータ信号とクロック信号とを引き出す手段を備えた請求項10の受 信機。 12.前記第1の相関を取る手段がさらに、前記通信方式により通信された伝 言の前文を検出する手段を備え、この検出手段は前記マルチプレクサが前記第1 の相関を取る手段からの前記出力を選択することを可能にする請求項10の受信 機。 13.前記第2の相関器がさらに、 前記ディジタル遅延ラインの遅延段階の対応している1つに結合された第1入 力および前記第2拡散コードの対応しているビットに結合された第2入力を各々 有するN排他的OR論理ゲートと、 前記N論理ゲートの各出力に結合され、前記第2拡散コードおよび前記ディジ タル信号間の相関を指示する前記出力の合計を提供する合計装置とを備えた請求 項9の受信機。 14.前記第2の相関を取る手段がさらに、前記N論理ゲートからの前記出力 の合計からデータ信号とクロック信号とを引き出す手段を備えた請求項10の受 信機。 15.前記第2の相関を取る手段がさらに、前記通信方式により通信された伝 言の前文を検出する手段を備え、この検出手段は前記マルチプレクサが前記第2 の相関を取る手段からの前記出力を選択することを可能にする請求項10の受信 機。 16.ディジタル信号を受けるように適用された複数の連続した遅延段階を有 し、前記ディジタル信号を固定率でそれを通して伝播するディジタル遅延ライン と、 前記ディジタル遅延ラインに結合され、前記ディジタル信号と複数の異なる長 さの拡散コードとの相関を取るように適用された複数の相関器と、 前記複数の相関器の各々に結合され、それぞれ前記複数の拡散コードの1つに 相関する前記複数の相関器の1つから出力を選択するマルチプレクサとを備えた スペクトラム拡散通信方式のディジタル合致フィルタ。 17.前記複数の相関器の各1つがさらに、 前記ディジタル遅延ラインの段階の対応している1つに結合された第1入力お よび前記複数の拡散コードのそれぞれ1つの対応しているビットに結合された第 2入力を各々有する複数の論理ゲートと、 前記複数の論理ゲートの各出力にそれぞれ結合され、前記拡散コードのそれぞ れ1つおよび前記ディジタル信号間の相関を指示する前記出力の合計を提供する 合計装置とを備えた請求項16のディジタル合致フィルタ。 18.前記複数の相関器の各1つがさらに、前記複数の論理ゲートからの前記 出力の合計からデータ信号とクロック信号とを引き出す手段を備えた請求項17 のディジタル合致フィルタ。 19.前記複数の相関器の各1つがさらに、前記通信方式により通信された伝 言の前文を検出する手段を備え、この検出手段は前記マルチプレクサが前記複数 の相関器の1つからの前記出力を選択することを可能にする請求項17のディジ タル合致フィルタ。 20.前記複数の論理ゲートの各1つがさらに排他的OR論理ゲートを備える請 求項17のディジタル合致フィルタ。 21.前記複数の相関器がさらに少なくとも2つの相関器を備え、前記少なく とも2つの相関器の第1のものは、前記ディジタル信号と長さMを有する前記複 数の拡散コードの第1のものとの相関を取るように適用され、前記少なくとも2 つの相関器の第2のものは、前記ディジタル信号と長さNを有する前記複数の拡 散コードの第2のものとの相関を取るように適用される請求項16のディジタル 合致フィルタ。 22.固定分割率でディジタル信号を受けるように適用された受信機を含んで いるスペクトラム拡散通信方式において、 複数の連続した遅延段階を有するディジタル遅延ラインを通してディジタル信 号を分割率で伝播し、 前記ディジタル遅延ラインの前記ディジタル信号と長さMを有する第1拡散コ ードおよびMより小さい長さNを有する第2拡散コードとの相関を取り、 前記第1および第2の拡散コードの1つとの相関に基づいて出力信号を選択す ることを備えたディジタル信号を逆拡散する方法。 23.前記相関を取るステップがさらに、 前記ディジタル遅延ラインの遅延段階の対応している1つからの各データチッ プを前記第1および第2拡散コードの対応しているチップとそれぞれ比較し、 前記第1拡散コードおよび前記ディジタル信号間、および前記第2拡散コード および前記ディジタル信号間の相関の程度を指示している前記比較の各値の合計 を提供することを備えた請求項22の方法。 24.各前記合計値からデータ信号とクロック信号とをそれぞれ引き出すこと をさらにそなえた請求項23の方法。 25.前記通信方式により通信された伝言の前文を検出することをさらに備え た請求項23の方法。 26.前記相関を取るステップが少なくとも二重の前記分割率である率で行わ れる請求項22の方法。
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