JPS6221299B2 - - Google Patents

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JPS6221299B2
JPS6221299B2 JP53012239A JP1223978A JPS6221299B2 JP S6221299 B2 JPS6221299 B2 JP S6221299B2 JP 53012239 A JP53012239 A JP 53012239A JP 1223978 A JP1223978 A JP 1223978A JP S6221299 B2 JPS6221299 B2 JP S6221299B2
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JP
Japan
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wireless communication
sector
antenna
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Gurachiano Bikutaa
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Motorola Inc
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Publication of JPS6221299B2 publication Critical patent/JPS6221299B2/ja
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/02—Resource partitioning among network components, e.g. reuse partitioning
    • H04W16/12—Fixed resource partitioning
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/24—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts
    • H04B7/26—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts at least one of which is mobile
    • H04B7/2621—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts at least one of which is mobile using frequency division multiple access [FDMA]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
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    • H04W16/02—Resource partitioning among network components, e.g. reuse partitioning
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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/24—Cell structures

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般的にアンテナ、特に小区画の
（cellular）無線通信システム用アンテナ配列に関
する。
連邦通信委員会（FCC）により現在利用され
ている高周波スペクトラムのチヤンネル割当てを
利用する最近の通信システムは、絶えず増大する
要求に合致するように大容量の携帯用或いは自動
車の無線電気通信システム用の調査を開始した。
必要性をみたすためには、地上通信線電話網とリ
ンクされる自動車或いは携帯用無線電話網を開発
し、広く通信容量を増大せしめる努力がなされて
いる。これに答えて、中心概念が所謂隅
（corner）から放射する小区画配列に基づく単位
小区画領域の無線通信システムが提案された。こ
の提案によればアンテナ位置が、単位小区画領域
の所定のコーナに配置され、単位小区画の各々を
コーナーから内側に放射するようになつている。
かような小区画システムは、通信を提供すること
を実行している間、同一チヤンネル及び隣接チヤ
ンネル干渉による或る欠点及び不利益を受け易い
ことが見出されている。また、かような小区画シ
ステムは、所定領域に通信チヤンネルの所定数を
与えるために過剰なアンテナ位置数を必要とする
ことが見出されている。
本発明の目的は、無線通信システムにおけるア
ンテナの位置数を所定領域における所定のチヤン
ネル数に対して最小にすることである。
本発明の他の目的は、アンテナ位置を配列し、
最小の同一チヤンネル及び隣接チヤンネル干渉が
存在するような方法でそれらを動作せしめること
である。
本発明の更に他の目的は、必要な場合に、所定
領域でより多くのチヤンネルが利用され得るよう
に無線（RF）通信システムを弾力的ならしめる
ことである。
本発明の更に他の目的は、小区画の無線通信シ
ステムに対する改良されたアンテナ配列装置
（array）を与えることである。
本発明の前述の目的及び他の目的は、無線通信
システムの小区画配列（cellular array）の小区
画の殆んど中心にアンテナを与え、アンテナ位置
の各々に対する多数のアンテナをその中心から小
区画を扇形に放射するように与え、所定の小区画
数を副配列（subarray）に形成し、チヤンネル
を副配列にあるアンテナに割当て、同一チヤンネ
ル干渉及び隣接チヤンネル干渉を最小限にするよ
うにチヤンネルを副配列から副配列に割当てを繰
返すことによる本発明によつて達成される。
本発明の前述した特徴及び他の特徴は、添附図
面に関連して下記に示す本発明の図示した実施例
の詳細な説明からより明確になり、かつ、より完
全に理解されるようになるであろう。
第１図は、無線通信システムの説明例を機能ブ
ロツク図形式に図示したものである。そのシステ
ムは、自動車用電話交換機MTX１２の制御のも
とで多数の送受信機１１を具えている。自動車用
交換機は、順次に地上電話加入者用の地下電話交
換機１６に接続される。そのシステムは、また、
対応する送受信機１１及び自動車或いは携帯用無
線電話機１５に結合されるアンテナ１３を具え
る。（以後、自動車用無線電話或いは携帯用無線
電話或いは自動車送受信機なる用語は、同意語の
用語として使用される。）加入者間で地上電話交
換機及び自動車無線電話への相互連絡は、自動車
電話交換機MTX１２により容易になされる。
第２図は、本発明によりアンテナ配列に使用さ
れるアンテナ位置の断面図を示す。アンテナ位置
は、信号を送る目的用の全方向アンテナ２０を具
える。多数の扇形アンテナ、例えば、扇形部分２
１乃至２７の６個のアンテナは、音声チヤンネル
通信を与えるように使用される。第３図に図示さ
れているように、全方向アンテナ２０は、信号伝
達送受信機３１に接続され、扇形アンテナは、音
声送受信機３３に結合される。信号伝達及び音声
送受信機の両者は、基地局制御器１７の制御用に
また制御のもとで結合される。音声送受信機及び
基地局制御器は、自動車電話交換機MTX１２に
結合され、自動車電話網を地上電話交換機に接続
されている地上加入者網にリンクせしめる。
小区画の自動車無線通信システムは、代表的に
は、第２図，第３図に関し前述した型の多数のア
ンテナ位置或いは局を具えている。小区画の自動
車無線通信技術における主たる関心事の１つは、
システムに割当てられたチヤンネルの利用を最大
限にすることである。他の関心事は、システムに
おけるチヤンネル干渉を減少せしめる方法を見出
すことである。
第４図は、コーナ放射の小区画の無線通信シス
テムの地理的概念図を示し、提案された先行技術
によりチヤンネルが利用されるようになつている
方法の１例を図示している。この提案によれば、
小区画の自動車電気通信サービスが提供されるこ
とになつている所定領域は、六角形の小区画細胞
（cell）に組みたてられ、アンテナ４１，４２，
４３は、交互のコーナに具えられ、所定の小区画
１Ａを照射する。この方法において、３個のコー
ナ・アンテナは、所定の小区画を照射するように
使用される。この方法で、各アンテナが１個のチ
ヤンネルを具えるものと仮定すれば、３個の異な
るチヤンネルは、所定の小区画に対して３個のア
ンテナによつて与えられる。
先行技術によれば、また、チヤンネル割当て
は、各小区画或いは副配列（subarray）の所定
数に対して繰返されることが提案されている。こ
の提案されたコーナ放射システムにおいて、放射
角120゜は各アンテナにより与えられる。この比
較的大きな放射角のために、小区画ユニツトにお
ける自動車電話は、第４図に図示されているよう
に、同一チヤンネルと異なる３個だけの干渉信号
にさらされるはずである。例えば、小区画１Ａに
おける自動車ユニツト４５は、小区画１Ｂ，１Ｃ
及び１Ｄにおける同一チヤンネルから来る妨害信
号にさらされる。
小区画無線通信システムが、システムに割当て
られたチヤンネルを如何によく利用するかは、自
動車送受信機の品質、位相数学、システムにより
サービスされる領域の構造、等のような種々の多
様な要素（factor）に依存する。無線通信システ
ムの品質及びチヤンネルの利用状況を測定する基
準は、システムにおいて自動車ユニツトの使用者
の90％の中、75％が許容し得ると認められる搬送
波対干渉動作（interference performance）の比
である。この基準で測定すると、提案された120
゜コーナ放射小区画システムは、満足すべき動作
に対して副配列（subarray）当り少なくとも７
個の小区画を必要とすることが見出されている。
換言すると、提案されたコーナ放射小区画配列シ
ステムは、信号チヤンネル割当てが繰り返される
までに副配列当り７個の小区画を必要とする。こ
れは、第４図において同様の番号数字をもつた小
区画１乃至７の番号により図示される。
本発明によれば、アンテナ位置は、第５図に図
示したように、アンテナ位置は小区画の無線通信
システムの殆んど小区画中心に配置される。各ア
ンテナ位置に組合わされて全方向アンテナ（第２
図、全方向アンテナ）及び外方向に60゜ビームを
放射する音声チヤンネル用の６個の扇形アンテナ
（第２図，２１〜２７）を具えており、それによ
つて全360゜放射を与える。本発明の１つの局面
によれば、扇形の各々には、１個或いはそれ以上
の通信チヤンネルが割当てられ、小区画（cell）
の所定数が、通信チヤンネルの予定された数を与
えるための副配列を形成するように使用される。
通信チヤンネル割当ては、副配列から副配列へ繰
返される。中心放射の小区画配置は、副配列を形
成するのに少ない小区画数とその結果として所定
領域にチヤンネルの所定数を与えるのに少ないア
ンテナ位置数を必要とすることを示している。前
述した方法で許容し得ると考えられる搬送波対干
渉動作により測定すると、同一小区画の大きさに
対して、本発明の配置は、所定領域当りのチヤン
ネル数をコーナ放射システム以上に増加すること
が見出された。
小区画の１乃至４の番号数字を具え、同一チヤ
ンネルの利用を示す同一番号を有する第５図に示
されるように、４個の小区画（cell）のみが副配
列（subarray）を形成するのに必要である。こ
れは、コーナ放射システムに必要な７個の小区画
（cell）副配列とは著しく異なつている。副配列
当りの小区画数におけるこの減少は、先行技術の
コーナ放射の小区画システム及び本発明の中心放
射の小区画システムの両者に対して許容し得ると
考えられる搬送波対干渉動作比を同一レベルに維
持する限り得られる。これは、中心放射の小区画
システムにおいて所定のチヤンネルに対する所定
の小区画内の自動車ユニツトが、たヾ１個の同一
チヤンネル干渉信号にのみ支配され、アンテナ・
ビームの制限により制御されないという事実によ
り、副配列の減少された小区画の大きさの面か
ら、この価値が増大される。これは、前述したコ
ーナ放射システムにおける３個の同一チヤンネル
干渉信号に対立するものである。
本発明の中心放射の小区画システムによつて得
られる前述の利点は、第６図及び第７図において
図式的に説明される。第６図及び第７図を参照す
ることによつて、本発明を適用して見出される利
点は下記の如く説明されよう。第６図において、
例えば、所望の扇形の制限領域内で動作する自動
車電話６１は、その所望の扇形アンテナ６３から
距離Ｒであり、かつ最強の同一チヤンネル干渉信
号を与えるもう一つのアンテナ６７から距離Ｄ＋
Ｒである。比Ｄ＋Ｒ／Ｒの関数である搬送波対干
渉波比は、従つて最大に利用される。所望の位置
において他の扇形が選択される場合には、干渉は
大きくなるであろう。何となれば、干渉アンテナ
に対する距離は、Ｄ＋Ｒより小さくなるからであ
り、他方制限領域内の所望位置に対する距離は、
いぜんとしてＲとなるからである。
第７図において、所望の扇形アンテナ７６及び
主たる干渉扇形アンテナ７７から自動車７５への
代表的な伝播通路７１及び７３が示される。これ
らの通路は、めつたに存在せず、若し、少しでも
あれば、実際の動作状態において、妨害のない線
の視界通路である。それらは、基本的には制限さ
れた妨害物である。通路の幾何学からみて、最も
影をつくるであろう妨害物７１Ａは、希望する扇
形内の領域において発生することは自明である。
かような状態のもとで、所望する信号及び所望し
ない信号の両者は、妨害物７１Ａにより同様な減
衰損失を受け易い傾向にある。所望信号の減衰と
干渉信号の減衰との間の少なくとも平均値に相関
するこの傾向は、干渉が比較的強く、所望信号が
比較的弱い場合に、過剰の干渉を受ける自動車数
を減少することによつて干渉の影響を少なくす
る。
本発明システムの更に他の発明性に富んだ様相
は、隣接チヤンネルの干渉を最小にする独特のチ
ヤンネル割当てにより第８図に図示される。例え
ば、６個の扇形を有する小区画の各々を具える４
個の小区画の所定副配列に対して、周波数が下記
の如く割当てられている。副配列の所定の小区画
数に対して（即ち、小区画（cell）Ｘ，Ｙ及び
Ｗ）、Ｘ，Ｙ，Ｗ小区画の各々の扇形に対する周
波数は、時計方向に上昇する（ascending）順序
位数（order）に割当てられる。然しながら、副
配列の残りの小区画Ｚは、異なるチヤンネル割当
てを有している。かくして、例えば、Ｚ小区画の
６個の扇形の各々に対するチヤンネルの場合、チ
ヤンネルは、時計方向に下降する（少なくなる）
（descending）順序位数に割当てられ、更に、２
対或いは３対の扇形（即ち、Ｚ１及びＺ３）は、
順序が変えられる。即ち、２個の扇形に割当てら
れた周波数は、順序が変えられる。前述の方法
で、隣接のチヤンネル干渉は、更に、小区画及び
副配列（subarray）に対して最小にされる。
小区画の無線通信システムのアンテナ配列は、
前述した方法で副配列（subarray）に分類さ
れ、チヤンネルは、４個の小区画副配列に対して
下記に述べられる方法で割当てられ、チヤンネル
割当ては、副配列から副配列へ繰返される。
第９図は、本発明による４個の小区画副配列に
対する周波数割当て計画の特定の例を図示したも
のである。更に特に第９図を参照するに、層Ｓと
指定される24チヤンネルＳ１乃至Ｓ２４は、信号
伝達目的を無視している。勿論、24個の代りに、
10個或いは21個或いは他の適当なチヤンネル数の
みが、信号伝達目的のために使用されることは理
解されるべきである。チヤンネルＡ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ及びＨの層は、多層のチヤンネル
が音声通信に割当てられるという事実を説明する
ように示されている。本発明システムの４個の小
区画副配列は、24個の扇形を具えるから、24個の
チヤンネル組CS１乃至CS２４は、扇形Ｗ１，Ｘ
１，…Ｙ６，Ｚ６に対して与えられる。
第９図に図示したように、チヤンネルの多重層
は、副配列を含む24個の扇形に割当てられる。か
くして、第１層Ａの配分は、夫々扇形Ｗ１，Ｘ
１，Ｙ１…Ｚ６に対してチヤンネル２５，２６，
２７，…４８を課する。第２層Ｂに対するチヤン
ネル４９，５０，５１…７２は、扇形Ｗ１，Ｘ
１，Ｙ１…Ｚ６等に割当てられる。これは、必要
に応じて層Ｃ，Ｄ，…等の所定数に対して繰返さ
れる。図示されたように、層Ｈに対するチヤンネ
ル割当ては、統制的権威者により課せられる制限
を反映して不完全となつている。
第９図における周波数配分を綿密に検討すれ
ば、チヤンネルは、隣接のチヤンネル干渉を回避
するように割当てられていることを理解するであ
ろう。かくして、第８図における副配列の小区画
（cell）Ｘの扇形Ｘ１，Ｘ２及びＸ３に関して
は、第９図の層Ａに示されるように、チヤンネル
２６，３０，３４が割当てられる。これは、小区
画Ｘの扇形Ｘ１，Ｘ２及びＸ３の中に必要な隣接
チヤンネル分離を与える。隣接の扇形Ｘ５，Ｗ
２，Ｘ４，Ｗ３は、それらが、夫々割当てられた
チヤンネル４２，２９，３８，３３を有すること
で必要な分離が与えられている。
更に、一般的には、隣接のチヤンネル分離は、
副配列の扇形Ｘ，Ｙ及びＷの時計方向に増加する
順序でチヤンネルを割当てることにより小区画
Ｘ，Ｙ及びＷのすべての扇形に対して与える。こ
のパターン（方式）は、それが、小区画Ｚの扇形
に対してチヤンネルを割当てるようになるとくず
れる。これは、下記のことから理解される。現在
第８図に図示されているＺ３の位置に扇形Ｚ１が
上方左側に配置されたものと考えよう。次に、そ
れは、層Ａのチヤンネル配分２８を有するであろ
う。このチヤンネル２８は、先に配分した小区画
Ｗの扇形Ｗ２に割当てられたチヤンネル２９に隣
接している。扇形Ｚ３とＺ１を置き換えることに
よつて、隣接チヤンネルの干渉は、層Ａのチヤン
ネル３６が、チヤンネル２９を扇形Ｗ２に割当て
た後扇形Ｚ３に対して割当てられることが最小限
になされる。即ち、扇形Ｚ１及びＺ３が第８図に
おいて交換された場合、同一チヤンネル干渉の影
響について考慮する。現在、Ｚ１（前はＺ３）に
地理的に隣接して配置される扇形Ｗ２は、扇形Ｚ
１のチヤンネル２８に隣接する周波数である無線
チヤンネル２９を有する。Ｚ３がＷ２に地理的に
隣接する場合、第８図に示される原の構成にもど
り、Ｗ２とＺ３との間に隣接チヤンネル周波数は
存在せず、干渉は最小にされる。前述のやり方
で、種々のチヤンネルが、所定の副配列を形成す
る小区画の種々の扇形に割当てられ、かつ隣接の
チヤンネル干渉を最小にし、かような配分は、副
配列から副配列へ繰返されよう。
前述したように、小区画無線通信システムの形
成に対する発明性あるアンテナ配列の図式した実
施例は、所定領域に対して最小の同一チヤンネル
干渉及び隣接チヤンネル干渉を見えるように割当
てられているチヤンネルの最大限の利用を提供す
ることを説明した。種々の他の変更及び変形は、
本発明の精神と範囲を逸脱することなく前述した
本発明の原理範囲内で当業技術者によつてなされ
よう。かくして、本発明は、アンテナ位置、即ち
信号伝達目的用の全方向アンテナ及び音声通信目
的用の６個の扇形アンテナを有するアンテナ位置
に関連して説明されたが、本発明の中心放射の小
区画無線通信システムの基礎をなす原理は、それ
ほど限定するに及ばない。例えば、同様の発明原
理は、信号伝達目的の扇形アンテナを使用するか
或いは所定のアンテナ位置内にすべてのアンテナ
扇形を具えていない小区画無線通信システムに応
用されることができる。
以下本発明の実施の態様を列記する。
(1) 配列状態にある同一チヤンネル・アンテナ
は、隣接した側面及び前面の同一チヤンネル扇
形アンテナからのサイド・ローブ及び前面ロー
ブ干渉が、扇形アンテナの幾何構造により実質
上消去され、背面の同一チヤンネルからの前面
ロープ干渉が、同一チヤンネルの物理的分離及
び所望信号と所望しない信号との間の非相関変
化が減少される空間関係によつて最小に維持さ
れるように互いに関連して物理的に組み立てら
れ、かつ配置されることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載のシステム。
(2) 小区画の無線通信システム内の所定の領域に
おいて多数の自動車送受信機に通信チヤンネル
を与える方法にして、通信システムは、多数の
小区画を有し、各小区画はアンテナ位置を具
え、各アンテナ位置は、小区画を幾つかの扇形
に放射するための多数の扇形アンテナを有する
ものにして、扇形アンテナの各々が所定のチヤ
ンネル割当て計画により同一小区画内の他の扇
形アンテナにより与えられているチヤンネルと
は異なる１個或いはそれ以上の通信チヤンネル
を具えるように動作せしめる段階、を具備する
方法。
(3) 所定の小区画数で構成される副配列を形成す
る段階、多数の副配列で構成されるアレイ
（array）を形成し、所定のチヤンネル配分計画
により副配列を編成する小区画の扇形アンテナ
に対して異なる通信チヤンネルを割当てる段
階、副配列から副配列にチヤンネル割当てを繰
返し、所定の領域に対して利用され得るチヤン
ネルの利用性を増大し、同一チヤンネル及び隣
接チヤンネル干渉を最小限にする方法、を具備
することを特徴とする前項記載の方法。
【図面の簡単な説明】
第１図は、無線電気通信システムの自動車用或
いは携帯用電話及び関連した基局トランシーバ及
びアンテナの機能ブロツク図を示す。第２図は、
アンテナ位置に組合わされる扇形アンテナ及び全
方向（omni）アンテナの断面図を示す。第３図
は、機能ブロツク図におけるアンテナ位置に対す
る基局を示す。第４図は、先行技術によるコーナ
放射の小区画無線通信システムを図示したもので
ある。第５図は、本発明による中心放射の小区画
無線通信システムを図示したものである。第６図
は、所望の干渉チヤンネルの空間的関係を示す。
第７図は、妨害物の前で所望のチヤンネル及び干
渉チヤンネルの伝播幾何図形を簡単化して示す。
第８図は、チヤンネルに割当てが副配列から副配
列に繰返される場合、各副配列が小区画の所定数
を有する副配列に配置された中心放射の小区画シ
ステムを図示したものである。第９図は中心放射
アンテナ配列の副配列においてチヤンネル割当て
を表形式にして示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 小区画の無線通信システムの所定の地理的領
    域における多数の自動車送受信装置用の小区画無
    線通信システムにおいて、システムの小区画の
    各々の略々中心に配置され、対応する小区画を幾
    つかの扇形に放射し、相互に向き合わないように
    配置された実質的に60゜方向性アンテナを使用す
    る多数の扇形アンテナを具え、そのシステムは、
    本質的に共通の地理的方向の１個又はそれ以上の
    共通の通信チヤンネルを有する異なる小区画の扇
    形アンテナの各々を動作せしめ、同一小区画の他
    の扇形アンテナに与えられるものとは異なる通信
    チヤンネルを有する同一小区画の扇形アンテナの
    各々を動作せしめる手段、を具えることを特徴と
    する小区画無線通信システム。 ２ １個又はそれ以上の通信チヤンネルにおい
    て、他の扇形アンテナと共に動作される各扇形ア
    ンテナは、隣接した側面及び前面の同一チヤンネ
    ル扇形アンテナからのサイド・ロープ及び前面ロ
    ープ干渉が、扇形アンテナの幾何学構造により実
    質上除去され、背面の同一チヤンネルからの前面
    ロープ干渉が、同一チヤンネルの物理的分離及び
    所望信号と所望しない信号との間の非相関変化が
    減少される空間関係によつて最小に維持されるよ
    うに物理的に構成されることを特徴とする前記特
    許請求の範囲第１項記載の小区画無線通信システ
    ム。
JP1223978A 1977-02-14 1978-02-06 Antenna array device for small zone radio communication system Granted JPS53117901A (en)

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JPS53117901A JPS53117901A (en) 1978-10-14
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ID=25081982

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Country Link
US (1) US4128740A (ja)
JP (1) JPS53117901A (ja)
AU (1) AU511972B2 (ja)
CA (1) CA1088628A (ja)
DE (1) DE2806178C3 (ja)
GB (1) GB1573560A (ja)

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