JP7416272B2

JP7416272B2 - 基地局、無線通信システム、無線通信方法、及び無線通信プログラム

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Publication number: JP7416272B2
Application number: JP2022546810A
Authority: JP
Inventors: 正文吉岡; 隼人福園; 圭太栗山; 崇文林
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2020-09-03
Filing date: 2020-09-03
Publication date: 2024-01-17
Anticipated expiration: 2040-09-03
Also published as: US20240031872A1; WO2022049713A1; JPWO2022049713A1

Description

本発明は、基地局、無線通信システム、無線通信方法、及び無線通信プログラムに関する。

加入者系無線通信システムでは、例えば複数の音声回線（端末）をそれぞれ収容する複数の加入者局と、ネットワークに接続された基地局とが、無線通信（無線接続）を行うことにより、同時に発生する複数の呼についての音声通信を実現している。

例えば、非特許文献１には、無線インタフェースプロトコルアーキテクチャの概要が示されている。また、非特許文献２には、サービス提供事業者が考慮すべき品質パラメータの特定と評価方法が示されている。

デジタル無線システムにおいては、ＳＮＲ（signal to noise ratio）に応じて、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying），１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation），６４ＱＡＭなどの変調次数を変更する技術が知られている。

また、各端末に対しては、公平性や、必要帯域を推定して帯域を割り当てることが行われている。また、デジタル無線システムが音声通信を行っている場合、それぞれの端末との接続回線において、必要な通信容量（又はビットレート）を確保しつつ変調次数を下げることにより、通話品質を安定させている。

さらに、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）を用いて１つの基地局が複数の加入者局を介して複数の端末を収容する場合、一般的には各端末が平等であるため、無線区間における電波強度は均等にされることとなる。

3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN);Overall description; Stage 2(Release 12), 3GPP TS 36.300 V12.2.0 (2014-06) ＴＴＣ標準Ｓｔａｎｄａｒｄ、ＩＰ電話の通話品質評価法、２００８年８月２５日、社団法人情報通信技術委員会、第５版

無線システムにおいては、無線区間における電波強度は、通信品質に影響を与える。また、一般的に音声回線（端末）それぞれにおける通信容量の必要性は異なっている。したがって、従来は、通信を行っていない端末に対しても通信環境を保全し、通信が多く発生している端末では低通信品質の環境下で通信を行うこととなっていた。

本発明は、複数の加入者局を介する場合であっても、全ての端末の通信品質を効率的に高めることができる基地局、無線通信システム、無線通信方法、及び無線通信プログラムを提供することを目的とする。

本発明の一態様にかかる基地局は、１以上の端末を収容する複数の加入者局それぞれと無線接続する基地局において、前記加入者局それぞれが収容する通信中の端末数の変化、及び前記加入者局それぞれとの間の電波環境の変化の少なくともいずれかを検出する検出部と、前記検出部が検出した変化に基づいて、前記加入者局ごとに通信を行う全ての端末の総通信量を収容可能な最小変調次数の変調方式を前記加入者局それぞれに対して設定し、当該最小変調次数の変調方式における通信品質を最も高めるように、前記加入者局それぞれに対する電波強度の重みづけを設定する設定部とを有することを特徴とする。

また、本発明の一態様にかかる無線通信システムは、それぞれ１以上の端末を収容する複数の加入者局と、前記加入者局それぞれと無線接続する基地局とを備えた無線通信システムにおいて、前記加入者局それぞれが収容する通信中の端末数の変化、及び前記加入者局それぞれとの間の電波環境の変化の少なくともいずれかを検出する検出部と、前記検出部が検出した変化に基づいて、前記加入者局ごとに通信を行う全ての端末の総通信量を収容可能な最小変調次数の変調方式を前記加入者局それぞれに対して設定し、当該最小変調次数の変調方式における通信品質を最も高めるように、前記加入者局それぞれに対する電波強度の重みづけを設定する設定部とを有することを特徴とする。

また、本発明の一態様にかかる無線通信方法は、それぞれ１以上の端末を収容する複数の加入者局と、前記加入者局それぞれと基地局とが行う無線通信方法において、前記加入者局それぞれが収容する通信中の端末数の変化、及び前記加入者局それぞれとの間の電波環境の変化の少なくともいずれかを検出する検出工程と、検出した変化に基づいて、前記加入者局ごとに通信を行う全ての端末の総通信量を収容可能な最小変調次数の変調方式を前記加入者局それぞれに対して設定し、当該最小変調次数の変調方式における通信品質を最も高めるように、前記加入者局それぞれに対する電波強度の重みづけを設定する設定工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、複数の加入者局を介する場合であっても、全ての端末の通信品質を効率的に高めることができる。

一実施形態にかかる無線通信システムの構成例を示す図である。一実施形態にかかる基地局が有する機能を例示する機能ブロック図である。一実施形態にかかる基地局が有する機能の種類と区別する分類を例示する図である。変調方式に対応する無線スループットと回線数を例示する図である。一実施形態にかかる基地局が加入者局を介して端末それぞれに設定を行う場合の動作例を示すフローチャートである。一実施形態にかかる無線通信システムが通信を行っている状態を示す図である。回線状態が変化した場合における無線通信システムの状態を示す図である。一実施形態にかかる基地局のハードウェア構成例を示す図である。

以下に、図面を用いて無線通信システムの一実施形態を説明する。図１は、一実施形態にかかる無線通信システム１の構成例を示す図である。図１に示すように、無線通信システム１は、ネットワーク２に接続された基地局３と、基地局３との間でＭＩＭＯを用いた無線通信を行う複数の加入者局４－１，４－２とを有するデジタル加入者系無線システムである。

無線通信システム１は、例えば音声回線により複数の端末（５１，５２）を収容するが、これに限定されることなく、データ通信の回線を収容するものであってもよい。

基地局３は、内部に設けられたインターフェース部３０がネットワーク２に接続された無線通信装置であり、送信機及び受信機の機能を備える。インターフェース部３０は、基地局３の内部の信号と、基地局３の外部の信号とのインターフェースをとるように制御を行う。また、基地局３は、加入者局４－１，４－２との間でＭＩＭＯを用いた無線通信を行う。

加入者局４－１は、内部に設けられたインターフェース部４０が例えば複数の端末（電話端末）５１に接続された無線通信装置であり、送信機及び受信機の機能を備える。インターフェース部４０は、加入者局４－１の内部の信号と、加入者局４－１の外部の信号とのインターフェースをとるように制御を行う。そして、加入者局４－１は、基地局３と複数の端末５１との双方向通信を仲介する。

加入者局４－２は、内部に設けられたインターフェース部４０が例えば複数の端末（電話端末）５２に接続された無線通信装置であり、送信機及び受信機の機能を備える。インターフェース部４０は、加入者局４－２の内部の信号と、加入者局４－２の外部の信号とのインターフェースをとるように制御を行う。そして、加入者局４－２は、基地局３と複数の端末５２との通信を仲介する。

ここでは、例として、加入者局４－１が収容する複数の端末５１の中の一部が同時に通話中であり、１つの端末５１が通話を終了し、その他の端末５１が非通話である状態を示している。また、加入者局４－２が収容する複数の端末５２の中の一部が同時に通話中であり、その他の端末５２が非通話である状態を示している。

図２は、一実施形態にかかる基地局３が有する機能を例示する機能ブロック図である。図２に示すように、基地局３は、上述した機能に加えて、検出部３１、設定部３２、算出部３３、判定部３４、設定記憶部３５、及び処理部３６を有する。

まず、処理部３６が有する機能について説明する。処理部３６は、図２に示したように音声圧縮部３６０、変調部３６１、及び電波強度調整部３６２を有し、図３に示した複数種類の機能を切替えて処理を行う。

音声圧縮部３６０は、例えばＧ．７２９（＝８ｋｂｐｓ）、Ｇ．７２６（＝３２ｋｂｐｓ）、又はＧ．７１１（＝６４ｋｂｐｓ）のいずれかのコーデックを用いて音声信号を圧縮する処理を行う。つまり、音声圧縮部３６０は、圧縮率（ビットレート）の異なる複数のコーデックのいずれかを用いて音声信号を圧縮する。

変調部３６１は、例えば１シンボルが６４値の６４ＱＡＭ、１６値の１６ＱＡＭ、又は４値のＱＰＳＫのいずれかを用いて送信信号を変調（適応変調）する処理を行う。つまり、変調部３６１は、１シンボルあたりの情報量と、ノイズや波形の歪みへの耐性が異なる複数の変調方式のいずれかを用いて送信信号を変調する。

なお、変調部３６１が変調する変調方式には、例えば図４に示した無線スループットと、収容可能な音声回線数が定められているとする。例えば、ＱＰＳＫで変調した場合、無線スループットが１００ｋｂｐｓであり、所要品質を満たしつつ収容可能な音声回線数が１回線となっている。１６ＱＡＭで変調した場合には、無線スループットが２００ｋｂｐｓであり、所要品質を満たしつつ収容可能な音声回線数が２回線となっている。６４ＱＡＭで変調した場合には、無線スループットが３００ｋｂｐｓであり、所要品質を満たしつつ収容可能な音声回線数が３回線となっている。

これらの変調方式には、変調方式の次数を下げると、所要品質を満たしつつ収容可能な回線数は減少するが、通信品質が向上するという特性がある。高ＳＮＲ・高次変調（６４ＱＡＭなど）のときに、回線の所要スループットに対して無線スループットが余剰に大きい場合には、変調次数を低次変調（ＱＰＳＫなど）に下げて、通信品質を高く安定させることが望ましい。変調方式は、例えば変調インデックスによって区別される。

電波強度調整部３６２（図２）は、例えば３段階（大、中、小）に区別された電波強度の重みづけに応じて、加入者局４－１，４－２それぞれに対して送信する信号の電波強度を調整する。

ここでは、処理部３６が処理した送信電波は、図３に示したようにＰＥＲ（パケットエラー率）マージンの大きさに応じて、優、良、可の３つに分類されることとする。なお、ＰＥＲマージンは、例えば一定時間のＳＮＲ／ＰＥＲ変動を検出して決定され、例えばＲ値（総合通話品質指標：Rating Factor）などの所要品質に対するマージンであるとする。

処理部３６が上述した処理を行うために、図２に示した検出部３１は、加入者局４－１，４－２それぞれが収容する通信中の端末数の変化、及び加入者局４－１，４－２それぞれとの間の電波環境の変化の少なくともいずれかを検出し、検出結果を設定部３２に対して出力する。

例えば、検出部３１は、加入者局４－１，４－２が収容する端末５１，５２の少なくともいずれかが通話の開始又は終了をした場合、及び、基地局３と加入者局４－１，４－２との間の電波環境（通信環境）が大きく変化した場合など、設定部３２が後述する設定を変更する必要性が生じるような変化を検出する。

設定部３２は、検出部３１が検出した変化に基づいて、加入者局ごとに通信を行う全ての端末の総通信量を収容可能な最小変調次数の変調方式を加入者局４－１，４－２それぞれに対して設定する。そして、設定部３２は、当該最小変調次数の変調方式における通信品質を最も高めるように、加入者局４－１，４－２それぞれに対する電波強度の重みづけを設定する。

例えば、設定部３２は、処理部３６に対する設定を行うにあたって、まず圧縮率（ビットレート）が最も低いコーデックを全ての端末に対して仮に設定し、加入者局４－１，４－２に対して変調方式及び電波強度を仮に設定して、設定情報を算出部３３に対して出力する。

算出部３３は、各端末に対するコーデック、加入者局４－１，４－２に対する変調方式及び電波強度をそれぞれ仮に設定した場合の収容回線数、及びＰＥＲマージン等を算出し、算出結果を判定部３４に対して出力する。

判定部３４は、収容回線数及びＰＥＲマージン等が必要十分であるか否かを判定し、判定結果を設定部３２に対して出力する。

次に、設定部３２は、判定部３４の判定結果に応じて、コーデック、変調方式及び電波強度を示す設定情報を設定記憶部３５に記憶させる。また、設定部３２は、例えばＰＥＲマージンが十分である場合には、端末の全部又は一部に対するコーデックの圧縮率（ビットレート）を上げる設定を行い、設定情報を再び算出部３３に対して出力する。また、設定部３２は、例えばＰＥＲマージンが十分でない場合には、設定記憶部３５が記憶している設定情報の中から、ＰＥＲマージンが十分である（所要条件を満たしている）最も品質の高い設定情報を読み出し、処理部３６に対する設定を行う。

また、設定部３２は、加入者局ごとに全ての端末が行う通信のビットレートを均等に近づけるように設定する機能を備えているとする。また、設定部３２は、所要通信品質に対するマージンを加入者局間で均等に近づけるように、加入者局４－１，４－２それぞれに対する電波強度の重みづけを設定する機能を備えているとする。

つまり、設定部３２は、処理部３６に対して設定を行うことにより、加入者局４－１，４－２及び端末５１，５２それぞれに対する設定を実現する。

図５は、基地局３が加入者局４－１，４－２を介して端末５１，５２それぞれに設定を行う場合の動作例を示すフローチャートである。図５に示したフローチャートは、例えば加入者局４－１，４－２のいずれかが収容する通信中の回線数（通話中の端末数）が変化した場合、又は、基地局３と加入者局４－１，４－２との間の電波環境が大きく変化した場合などに、基地局３が実行する動作である。

図５に示すように、基地局３は、例えば全端末のコーデックを最低ビットレートに設定する（Ｓ１００）。

次に、基地局３は、加入者局４－１，４－２それぞれ（各加入者局）のＰＥＲマージンが良好であるか否かを判定する（Ｓ１０２）。ここでは、ＰＥＲマージンが良好であるとは、加入者局４－１，４－２それぞれが必要な回線数を収容できる変調方式であり、設定した電波強度でＰＥＲマージンが加入者局間で均等に近づけられて十分である場合とする。

そして、基地局３は、加入者局４－１，４－２それぞれのＰＥＲマージンが良好である場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）にはＳ１０４の処理に進み、良好でない場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）にはＳ２００の処理に進む。

次に、基地局３は、各端末のビットレートが最大であるか否かを判定し（Ｓ１０４）、最大である場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）にはＳ３００の処理に進み、最大でない場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）にはＳ１０６の処理に進む。

Ｓ１０６の処理において、基地局３は、全端末のビットレートを１段階上げる処理を行い、Ｓ１０２の処理に戻る。例えば、基地局３は、全端末のコーデックがＧ．７２９であった場合には、コーデックをＧ．７２６に変更する処理を行う。

Ｓ２００の処理において、基地局３は、全端末の中でビットレートを未変更の１つの端末に対してビットレートを１段階上げる。

次に、基地局３は、加入者局４－１，４－２それぞれのＰＥＲマージンが良好であるか否かを判定する（Ｓ２０２）。そして、基地局３は、加入者局４－１，４－２それぞれのＰＥＲマージンが良好である場合（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）にはＳ２０２の処理に戻り、良好でない場合（Ｓ２０２：Ｎｏ）にはＳ２０４の処理に進む。

Ｓ２０４の処理において、基地局３は、１つの端末だけビットレートを戻し、Ｓ３００の処理に進む。例えば、基地局３は、Ｓ２００の処理でビットレートを上げた端末のコーデックがＧ．７２６であった場合には、当該端末のみのコーデックをＧ．７２９に戻す処理を行う。

Ｓ３００の処理において、基地局３は、全端末にビットレートを設定する。つまり、基地局３は、Ｓ１００～Ｓ１０６の処理では全端末のビットレートを一括して変更し、Ｓ２００～Ｓ２０４の処理では１つずつの端末のビットレートを変更して、最終的にＳ３００の処理において全端末（全ての端末５１，５２）に対するビットレートの設定を行う。

なお、図５に示した動作例では、各回線（各端末）が同等の重要度であるとしている。例えば、特定の端末の重要度が他の端末の重要度よりも高い場合などには、基地局３は、電波強度の重みづけ、変調方式、及びコーデックを任意に調整し、重要度に応じて全ての端末の通信品質を効率的に高めてもよい。

次に、無線通信システム１の全体動作例について説明する。図６は、無線通信システム１が通信を行っている状態を示す図である。図７は、図６に示した状態から回線状態が変化した場合における無線通信システム１の状態を示す図である。なお、図６，７に示した例では、各端末のコーデックは同一であるとする。

図６においては、無線通信システム１は、加入者局４－１が例えば通話中の２台の端末５１を収容しており、後に端末５１の１台が通話を終了することを示している。また、加入者局４－２は、例えば通話中の３台の端末５２を収容している。

このとき、基地局３は、加入者局４－１との間で、電波強度の重みづけを「中」として１６ＱＡＭの変調方式による無線通信を行っている。図４にも示したように、１６ＱＡＭであれば音声回線を２回線収容することが可能である。また、この場合のＰＥＲマージンは、「良」に分類される状態であるとする。

また、基地局３は、加入者局４－２との間で、電波強度の重みづけを「中」として６４ＱＡＭの変調方式による無線通信を行っている。図４にも示したように、６４ＱＡＭであれば音声回線を３回線収容することが可能である。また、この場合のＰＥＲマージンは、「可」に分類される状態であるとする。

その後、加入者局４－１が収容する端末５１の１台が通話を終了すると、加入者局４－１が収容する通話中の端末５１は１台になる。

図７は、加入者局４－１が収容する端末５１の１台が通話を終了した後の無線通信システム１の状態を示す図となっている。

図７においては、無線通信システム１は、加入者局４－１が通話中の端末５１を１台のみ収容しており、通話を終了した端末５１に対しては通信容量を割り当てる必要がない。なお、加入者局４－２は、通話中の３台の端末５２を収容しているままである。

このとき、基地局３は、加入者局４－１との間で、電波強度の重みづけを「小」としてＱＰＳＫの変調方式による無線通信を行うように処理を実行する。図４にも示したように、ＱＰＳＫであれば音声回線を１回線収容することが可能である。また、この場合のＰＥＲマージンは、「良」に分類される状態であり、電波強度が弱められても通信品質の低下を生じていない。

また、基地局３は、加入者局４－２との間で、電波強度の重みづけを「大」として６４ＱＡＭの変調方式による無線通信を行うように処理を実行する。図４にも示したように、６４ＱＡＭであれば音声回線を３回線収容することが可能であるが、基地局３は、電波強度の重みづけを大きくすることにより、ＰＥＲマージンを「良」に分類される状態に向上させる。

このように、無線通信システム１は、基地局３が加入者局４－１，４－２それぞれに対する電波強度の重みづけを設定するので、複数の加入者局を介する場合であっても、全ての端末の通信品質を効率的に高めることができる。

また、無線通信システム１は、加入者局ごとに全ての端末を均等に近づけたビットレートのコーデックに設定して収容することができ、加入者局間でＰＥＲマージンが同程度になるように、基地局３と加入者局４－１，４－２との間の電波強度の重みづけを変更することができる。

なお、基地局３が有する各機能は、それぞれ一部又は全部がＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアによって構成されてもよいし、ＣＰＵ等のプロセッサが実行するプログラムとして構成されてもよい。また、基地局３が有する各機能は、加入者局４－１，４－２などの他の装置が備えていてもよい。

また、本発明にかかる基地局３は、コンピュータとプログラムを用いて実現することができ、プログラムを記憶媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。

図８は、一実施形態にかかる基地局３のハードウェア構成例を示す図である。図８に示すように、例えば基地局３は、入力部６００、出力部６１０、通信部６２０、ＣＰＵ６３０、メモリ６４０及びＨＤＤ６５０がバス６６０を介して接続され、コンピュータとしての機能を備える。また、基地局３は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体６７０との間でデータを入出力することができるようにされている。

入力部６００は、例えばキーボード及びマウス等である。出力部６１０は、例えばディスプレイなどの表示装置である。通信部６２０は、例えば無線のネットワークインターフェースである。

ＣＰＵ６３０は、基地局３を構成する各部を制御し、所定の処理等を行う。メモリ６４０及びＨＤＤ６５０は、データ等を記憶する記憶部である。

記憶媒体６７０は、基地局３が有する機能を実行させるプログラム等を記憶可能にされている。なお、基地局３を構成するアーキテクチャは図８に示した例に限定されない。

以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明してきたが、上述の実施形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明が上述の実施形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で、構成要素の追加、省略、置換、その他の変更が行われてもよい。

１・・・無線通信システム、２・・・ネットワーク、３・・・基地局、４－１，４－２・・・加入者局、３０・・・・・・インターフェース部、３１・・・検出部、３２・・・設定部、３３・・・算出部、３４・・・判定部、３５・・・設定記憶部、３６・・・処理部、４０・・・・・・インターフェース部、５１・・・端末、５２・・・端末、３６０・・・音声圧縮部、３６１・・・変調部、３６２・・・電波強度調整部、６００・・・入力部、６１０・・・出力部、６２０・・・通信部、６３０・・・ＣＰＵ、６４０・・・メモリ、６５０・・・ＨＤＤ、６６０・・・バス、６７０・・・記憶媒体

Claims

１以上の端末を収容する複数の加入者局それぞれと無線接続する基地局において、
前記加入者局それぞれが収容する通信中の端末数の変化、及び前記加入者局それぞれとの間の電波環境の変化の少なくともいずれかを検出する検出部と、
前記検出部が検出した変化に基づいて、前記加入者局ごとに通信を行う全ての端末の総通信量を収容可能な最小変調次数の変調方式を前記加入者局それぞれに対して設定し、当該最小変調次数の変調方式における通信品質を最も高めるように、前記加入者局それぞれに対する電波強度の重みづけを設定する設定部と
を有することを特徴とする基地局。
前記設定部は、
前記加入者局ごとに全ての端末が行う通信のビットレートを均等に近づけるように設定すること
を特徴とする請求項１に記載の基地局。
前記設定部は、
所要通信品質に対するマージンを前記加入者局間で均等に近づけるように、前記加入者局それぞれに対する電波強度の重みづけを設定すること
を特徴とする請求項１又は２に記載の基地局。
それぞれ１以上の端末を収容する複数の加入者局と、前記加入者局それぞれと無線接続する基地局とを備えた無線通信システムにおいて、
前記加入者局それぞれが収容する通信中の端末数の変化、及び前記加入者局それぞれとの間の電波環境の変化の少なくともいずれかを検出する検出部と、
前記検出部が検出した変化に基づいて、前記加入者局ごとに通信を行う全ての端末の総通信量を収容可能な最小変調次数の変調方式を前記加入者局それぞれに対して設定し、当該最小変調次数の変調方式における通信品質を最も高めるように、前記加入者局それぞれに対する電波強度の重みづけを設定する設定部と
を有することを特徴とする無線通信システム。
それぞれ１以上の端末を収容する複数の加入者局と、前記加入者局それぞれと基地局とが行う無線通信方法において、
前記加入者局それぞれが収容する通信中の端末数の変化、及び前記加入者局それぞれとの間の電波環境の変化の少なくともいずれかを検出する検出工程と、
検出した変化に基づいて、前記加入者局ごとに通信を行う全ての端末の総通信量を収容可能な最小変調次数の変調方式を前記加入者局それぞれに対して設定し、当該最小変調次数の変調方式における通信品質を最も高めるように、前記加入者局それぞれに対する電波強度の重みづけを設定する設定工程と
を含むことを特徴とする無線通信方法。
前記設定工程では、
前記加入者局ごとに全ての端末が行う通信のビットレートを均等に近づけるように設定すること
を特徴とする請求項５に記載の無線通信方法。
前記設定工程では、
所要通信品質に対するマージンを前記加入者局間で均等に近づけるように、前記加入者局それぞれに対する電波強度の重みづけを設定すること
を特徴とする請求項５又は６に記載の無線通信方法。
請求項１～３のいずれか１項に記載の基地局の各部としてコンピュータを機能させるための無線通信プログラム。