KR100344108B1 - 밀리미터파대 점 대 다점 통신에서 전송오류를 최소화하기위한 트랜스레이터 장치 - Google Patents

밀리미터파대 점 대 다점 통신에서 전송오류를 최소화하기위한 트랜스레이터 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 20GHz 이상의 밀리미터파 대역에서의 점 대 다점 통신(P to MP)에서 모뎀을 이용한 데이터 전송시 신호 오류를 최소화하기 위한 전송장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 장치는 기지국장치의 트랜스레이터가 하향 주파수 변환부와; 모뎀신호 전송부; 내부에서 클럭을 생성한 후 상기 무선송수신기로 제공함과 아울러 상기 클럭에 동기된 파일럿신호를 생성한 후 변조하여 출력하는 파일럿 채널 변조부; 상향 주파수 변환부; 채널합성부를 포함하고, 가입자국장치의 트랜스레이터는, 하향 주파수 변환부와; 자동이득제어부; 모뎀신호 전송부; 파일럿채널복조부; 상향 주파수 변환부; 자동전력제어부; 감시부를 포함한다.
따라서, 본 발명에 따르면 기지국장치에서 파일럿신호 변조하여 송신하면 가입자국장치에서 파일럿신호를 복조한 후 기준클럭을 발생하여 가입자국에서 사용하므로써 기지국과 가입자국의 주파수 편차를 규정치 이하로 하여 모뎀에서 요구하는 성능을 충족시킬 수 있다.

Description

밀리미터파대 점 대 다점 통신에서 전송오류를 최소화하기 위한 트랜스레이터 장치{ Translator for minimizing BER of Ponit to Multi-Point transmission on millimeter wave }
본 발명은 20GHz 이상의 밀리미터파 대역에서의 점 대 다점 통신(P to MP)에서 모뎀을 이용한 데이터 전송시 신호 오류를 최소화하기 위한 전송장치에 관한 것이다.
최근들어, 광대역 무선가입자망(B-WLL)을 구축하기 위해서 B-WLL의 가입자 회선용 주파수와 무선 CATV 전송용 주파수로 20GHz 대역을 지정하면서 밀리미터파 대역을 이용하기 위한 기술에 관심이 집중하고 있다. B-WLL을 위한 주파수대역으로 상향 주파수대역은 24.25GHz ~ 24.75GHz(500MHz)를 할당하였고, 하향 주파수대역은 25.5GHz~27.5GHz를 할당하였다. 하향 주파수 대역 중 26.7GHz~27.5GHz의 주파수대역은 무선 CATV 전송용으로 할당하였다.
이와 같은 밀리미터파 대역을 사용하기 위한 송수신기에는 RF/IF부와 모뎀부가 필요한데, 현재까지 알려진 모뎀은 유선선로상의 주파수특성 제한 때문에 주파수 편차의 범위가 수십 KHz 이하로 설계되어 있다. 따라서 20GHz 이상의 밀리미터파 대역에서 이와 같은 모뎀을 사용할 경우에는 주파수 편차에 대한 범위가 수십 KHz 이내에 속해야 안정된 신호의 전송이 이루어질 수 있다. 그리고 고효율의 변조(64QAM 혹은 256 QAM)신호를 사용하는 경우에도 밀리미터파 대역의 전송을 위해서는 안정된 주파수 편차를 가져야 한다.
또한 무선상에서 변조방식에 따라 만족할 만한 C/N 비에서 양호한 BER 특성을 유지하기 위해 75dBc@10KHz 이하의 양호한 위상잡음특성을 가져야 한다.
이와 같이 유선상의 상용화된 모뎀 및 고효율의 변조방식을 사용하는 모뎀을 밀리미터파 대역의 송수신에 사용할 경우에는 신호 오류 최소화를 위해 기지국과 가입자국에서 PILOT채널 생성 및 복원 기능을 갖도록 하거나 가입자국과 기지국에서 +/- 1 PPM 이하의 주파수 편차를 확보하는 방안이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 필요성을 충족시키기 위하여 밀리미터파 점 대 다점 통신에서 전송오류를 최소화하기 위한 무선송수신기의 트랜스레이터 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 광대역 무선가입자망의 구성예,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가입자국 트랜스레이터를 도시한 블럭도,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기지국 트랜스레이터를 도시한 블럭도,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가입자국 트랜스레이터를 도시한 블럭도,
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기지국 트랜스레이터를 도시한 블럭도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
120: 기지국 130: 가입자국
124,136: 모뎀부 126,134: 트랜스레이터
128,132: 무선송수신기
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는, 모뎀부로부터 무선송수신기로 가는 송신신호의 주파수를 상향 변환하고, 무선송수신기로부터 수신된 신호의 주파수를 하향 변환하여 모뎀부로 전달하는 트랜스레이터를 포함하는 기지국장치와, 모뎀부로부터 무선송수신기로 가는 송신신호의 주파수를 상향 변환하고, 무선송수신기로부터 수신된 신호의 주파수를 하향 변환하여 모뎀부로 전달하는 트랜스레이터를 포함하는 가입자국장치간에 밀리미터파대에서 무선방식으로 통신하는 광대역 무선가입자망에 있어서, 상기 기지국장치의 트랜스레이터가 무선송수신기를 통해 가입자국으로부터 수신된 신호를 저주파대역으로 하향 변환하는 하향 주파수변환부와; 상기 하향 주파수 변환부로부터 수신된 신호를 상기 모뎀부로 전송하고 상기 모뎀부로부터 신호를 수신하는 모뎀신호 전송부; 내부에서 클럭을 생성한 후 상기 무선송수신기로 제공함과 아울러 상기 클럭에 동기된 파일럿신호를 생성한 후 변조하여 출력하는 파일럿 채널 변조부; 상기 모뎀신호전송부로부터 입력된 신호를 상향 주파수대역으로 변환하는 상향 주파수 변환부; 상기 상향 주파수 변환부의 출력에 상기 파일럿 채널 변조부의 출력을 합성하여 상기 무선송수신기로 출력하는 채널합성부를 포함하고, 상기 가입자국장치의 트랜스레이터는, 무선송수신기를 통해 기지국으로부터 수신된 신호를 저주파대역으로 하향 변환하는 하향 주파수 변환부와; 상기 하향 주파수 변환부로부터 입력된 수신신호의 세기에 따라 증폭도를 조절하여 출력을 항시 일정하게 유지하는 자동이득제어부; 상기 자동이득제어부로부터 수신된 신호를 상기 모뎀부로 전송하고 상기 모뎀부로부터 신호를 수신하는 모뎀신호 전송부; 상기 기지국으로부터 수신된 채널신호에서 파일롯신호를 분리하여 복조한 후 기지국에서 전송된 기준클럭신호에 동기된 클럭신호를 발생하여 상기 무선송수신기로 제공하고, 수신된 파일럿신호 레벨을 분석하여 AGC와 APC를 제어하기 위한 신호를 제공하는 파일럿채널복조부; 상기 모뎀신호전송부로부터 입력된 신호를 상향 주파수대역으로 변환하는 상향 주파수 변환부; 상기 상향 주파수 변환부의 출력을 입력받아 송신신호의 전력을 일정한 수준으로 유지하는 자동전력제어부; 상기 자동이득제어부와 자동전력제어부의 동작을 감시하며, 송수신 전력레벨 모니터링하는 감시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 광대역 무선가입자망의 구성 예를 도시한 도면이다. 무선가입자망(B-WLL)은 도 1에 도시된 바와 같이, ATM 스위치(114)와 연결되어 ATM 셀 형태로 무선전송이 이루어지는 망 구성과, MUX 및 IP용 스위치(108)와 연결 되어 기존의 IP 형태나 STM 형태의 패킷으로 무선전송이 이루어지는 망 구성으로 구성될 수 있다. 통상, 기지국(120)은 셀단위로 분산되어 설치되고 ATM스위치(114)/MUX 및 IP용 스위치(108)는 전화국에 위치하며, 가입자국(130)은 각 가정이나 사무실 등의 건물에 고정되어 설치된다. 그리고 기지국(120)은 네트웍인터페이스모듈(NIM:122)과 모뎀(124), 트랜스레이터(126), 무선송수신기(128)로 구성되고, 가입자국(130)도 무선송수신기(132)와 트랜스레이터(134), 모뎀(136), 가입자인터페이스유니트(SIU: 138)로 구성되어 밀리미터파 대역으로 통신한다.
무선구간(가입자국과 기지국 사이)에서 데이터들은 ATM셀 또는 IP패킷으로 전송을 수행하며, ATM 셀의 경우에는 ATM 스위치(114)로 접속되고, IP패킷의 경우에는 MUX 및 IP용 스위치(108)에 접속되어 전송된다. 기지국의 NIM(122)에 의해 모든 수신데이터는 트래픽의 종류에 따라 ATM스위치(114)로 접속되거나 MUX 및 IP용 스위치(108)에 접속되고, ATM 셀로 전송된 데이터들은 ATM 스위치(114)에 의해 써킷 에뮬레이션이나 랜 에뮬레이션되어 기존의 전용회선망(104), PSTN 망(102), 인터넷 망(106)으로 전송될 수도 있다. 기지국의 NIM(122)은 서비스 망과 모뎀간의다양한 인터페이스 제공 기능을 한다. 가입자국(130)과 기지국(120)은 상향은 24.25 GHz ~ 24.75 GHz(500MHz), 하향은 25.5 GHz~27.5 GHz를 이용하여 통신채널을 형성하며, 무선송수신기(128,132)와 혼 안테나를 이용하여 송수신한다.
기지국과 가입자국의 모뎀(124,136)은 64 QAM이나 256 QAM방식으로 데이터를 변복조하고, 트랜스레이터(126,134)는 송신시에는 낮은 주파수를 높은 주파수대로 상향 변환(UP CONVERTING)하고, 수신시에는 높은 주파수를 낮은 주파수로 하향 변환(DOWN CONVERTING)하는 주파수 변환기능을 수행한다. 특히, 본 발명에 따른 트랜스레이터(126,134)는 제1 실시예에서는 파일럿(pilot) 신호를 이용하여 기지국(120)과 가입자국(130)간에 클럭(CLOCK)을 정밀하게 동기시켜 모뎀(124,136)에서 요구하는 주파수 편차를 만족시키고, 제2 실시예에서는 기준클럭 안정화부를 이용하여 기지국과 가입자국간의 클럭 편차를 줄여 모뎀(124,136)에서 요구하는 성능을 충족시킨다.
제1 실시예
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가입자국 트랜스레이터를 도시한 블럭도로서, 본 발명에 따른 가입자국 트랜스레이터(134)는 하향 주파수 변환부(211), 자동이득제어부(AGC)(212), 모뎀신호전송부(213), 파일럿채널복조부(214), 자동전력제어부(APC)(215), 상향 주파수 변환부(216), 감시부(217)로 구성되어 무선송수신기(132)의 수신부로부터 수신된 고주파를 저주파대역으로 변환하여 모뎀(136)으로 출력하고, 모뎀(136)으로부터 수신된 저주파대역의 신호를 고주파 대역으로 변환하여 무선송수신기(132)의 송신부로 출력한다. 이와 같이 제1 실시예의 트랜스레이터(134)는 밀리미터파 무선통신을 하는 무선송수신기(132)의 IF주파수를 유선상의 상용화된 모뎀장치의 상향/하향 주파수대역에 맞게 변환시키면서 신호 오류를 최소화하기 위하여 파일롯 채널 복원기능을 갖도록 구현된다. 이를 위해 기지국에서 생성될 파일롯 신호는 FM/AM 변조를 통해 가입자국으로 전달되며, 가입자국에서는 이 신호를 복원해 가입자국 무선송수신기의 기준클럭신호로 제공받거나 AGC/APC의 기준 레벨신호로 제공한다. 이렇게 함으로써 기지국과 가입자국의 주파수 편차를 최소화할 수 있으며, 채널신호속에 포함된 모뎀의 클럭신호를 안정되게 모뎀(136)에 전달할 수 있다. 이 때 무선송수신기(132)에 기준클럭(CLOCK)신호로 제공되는 신호는 안정된 위상잡음 특성을 갖기 위해 체배의 수가 제한되어야 한다. 따라서 20 GHz 이상의 밀리미터파 대역에서 고효율로 변조된 신호 및 유선상에서 사용되는 모뎀의 송수신을 10E-7 이하의 BER특성을 유지하면서 전송을 수행할 수 있다.
그리고 제1 실시예의 트랜스레이터(134)는 이러한 기능 이외에 내부 CPU를 이용하여 외부환경 변환에 따른 AGC/APC 기능, 온도감시 기능, 발진주파수 감시기능, AGC/APC동작 감시기능, PLL 데이터 클럭 인에이블 등의 기능을 갖는다.
도 2를 참조하면, 하향 주파수 변환부(211)는 무선송수신기(132)를 통해 기지국으로부터 수신된 고주파신호를 저주파신호대역으로 하향 변환하고, 자동이득제어부(AGC: 212)는 수신신호의 세기에 따라 증폭도를 조절하여 출력을 항시 일정하게 유지하며, 모뎀신호 전송부(213)는 모뎀부(136)와 인터페이스를 처리한다. 파일럿 채널복조부(214)는 기지국으로부터 수신된 채널신호에서 파일롯신호를 분리하여 복조한 후 기지국에서 전송된 기준클럭신호에 동기된 클럭(CLOCK)신호를 발생하여 무선송수신기(132)로 제공하고, 수신된 파일럿신호 레벨을 분석하여 AGC(213)와 APC(215)를 제어하기 위한 신호를 제공한다. 자동출력제어부(APC: 215)는 송신신호의 전력을 일정한 수준으로 유지하고, 상향 주파수 변환부(216)는 모뎀신호전송부(213)로부터 저대역의 송신신호를 수신하여 상향 주파수로 변환하여 고대역의 RF신호를 자동전력제어부(215)로 출력한다. 감시부(217)는 각 부의 동작을 감시하고, AGC/APC부의 동작을 감시하며, TX/RX 전력레벨을 모니터링한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기지국 트랜스레이터를 도시한 블럭도로서, 기지국 트랜스레이터(126)는 하향 주파수변환부(311), 모뎀신호전송부(312), 파일롯채널 변조부(313), 상향 주파수 변환부(314), 채널합성부(315)로 구성되어 무선송수신기(128)의 수신부로부터 수신된 고주파를 저주파대역으로 변환하여 모뎀부(124)로 출력하고, 모뎀부(124)로부터 수신된 저주파대역의 신호를 고주파 대역으로 변환하여 파일럿(pilot)신호와 함께 합성하여 무선송수신기(128)의 송신부로 출력한다.
도 3을 참조하면, 하향 주파수 변환부(311)는 무선송수신기(128)를 통해 가입자국으로부터 수신된 고주파신호를 저주파신호대역으로 하향 변환하여 모뎀신호전송부(312)로 출력하고, 모뎀신호 전송부(312)는 모뎀부(124)와 인터페이스를 처리한다. 파일럿 채널변조부(313)는 내부에서 클럭(CLOCK)을 생성한 후 무선송수신기(128)로 제공함과 아울러 클럭에 동기된 파일럿신호를 생성한 후 변조하여 채널합성부(315)로 출력한다. 상향 주파수 변환부(314)는 모뎀신호전송부(312)로부터 수신된 저대역의 송신신호를 고대역의 RF신호로 상향 변환하여 채널합성부(315)로 출력한다. 채널합성부(315)는 상향 주파수 변환부(314)로부터 입력된 신호에 파일럿신호를 합성하여 무선송수신기(128)로 출력한다.
제2 실시예
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가입자국 트랜스레이터를 도시한 블럭도이고, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기지국 트랜스레이터를 도시한 블럭도이다. 제2 실시예에서는 제1 실시예의 파일럿(pilot) 채널 생성 및 복원기능을 제거하고, 주파수 편차를 +/- 1PPM으로 유지하기 위하여 기준클럭 안정화부를 사용한 것이다. 기준클럭 안정화부(414,513)는 목표로 하는 주파수 안정도를 달성하기 위하여 기준클럭발생기로 OCXO를 사용하거나 AFC회로 및 이와 비슷한 특성의 안정화된 TCXO를 사용할 수 있다.
도 4를 참조하면, 하향 주파수 변환부(411)는 무선송수신기(132)를 통해 기지국으로부터 수신된 고주파신호를 저주파신호대역으로 하향 변환하고, 자동이득제어부(412)는 수신신호의 세기에 따라 증폭도를 조절하여 출력을 항시 일정하게 유지하며, 모뎀신호 전송부(413)는 모뎀부(136)와 인터페이스를 처리한다. 기준클럭 안정화부(414)는 자체적으로 안정된 기준클럭신호를 발생하여 무선송수신기(132)로 제공한다. 자동출력제어부(416)는 송신신호의 전력을 일정한 수준으로 유지하고, 상향 주파수 변환부(415)는 모뎀신호전송부(413)로부터 저대역의 송신신호를 수신하여 상향 주파수로 변환하여 고대역의 RF신호를 자동전력제어부(416)로 출력한다. 감시부(417)는 각 부의 동작을 감시하고, AGC/APC부(412/416)의 동작을 감시하며, TX/RX 전력레벨을 모니터링한다.
도 5를 참조하면, 하향 주파수 변환부(511)는 무선송수신기(128)를 통해 가입자국으로부터 수신된 고주파신호를 저주파신호대역으로 하향 변환하여 모뎀신호전송부(512)로 출력하고, 모뎀신호 전송부(512)는 모뎀부(124)와 인터페이스를 처리한다. 기준클럭안정화부(513)는 자체적으로 안정된 기준클럭신호(CLOCK)를 발생하여 무선송수신기(128)로 제공하고, 상향 주파수 변환부(514)는 모뎀신호전송부(512)로부터 수신된 저대역의 송신신호를 고대역의 RF신호로 상향 변환하여 무선송수신기(128)로 출력한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 기지국장치에서 파일럿신호를 변조하여 송신하면 가입자국장치에서 파일럿신호를 복조한 후 기준클럭을 발생하여 가입자국에서 사용하므로써 기지국과 가입자국의 주파수 편차를 규정치 이하로 하여 모뎀에서 요구하는 성능을 충족시킬 수 있다. 또한 고정도의 기준클럭안정화부를 이용하여 기지국과 가입자국에서 각각 기준클럭을 발생하여 사용할 경우에는 파일럿신호를 이용하지 않아도 되므로 회로구성을 간단히 하면서도 모뎀이 요구하는 주파수 편차를 만족시킬 수 있는 잇점이 있다.

Claims (2)

  1. 모뎀부로부터 무선송수신기로 가는 송신신호의 주파수를 상향 변환하고, 무선송수신기로부터 수신된 신호의 주파수를 하향 변환하여 모뎀부로 전달하는 트랜스레이터를 포함하는 기지국장치와, 모뎀부로부터 무선송수신기로 가는 송신신호의 주파수를 상향 변환하고, 무선송수신기로부터 수신된 신호의 주파수를 하향 변환하여 모뎀부로 전달하는 트랜스레이터를 포함하는 가입자국장치간에 밀리미터파대에서 무선방식으로 통신하는 광대역 무선가입자망에 있어서,
    상기 기지국장치의 트랜스레이터가
    무선송수신기를 통해 가입자국으로부터 수신된 신호를 저주파대역으로 하향 변환하는 하향 주파수 변환부와; 상기 하향 주파수 변환부로부터 수신된 신호를 상기 모뎀부로 전송하고 상기 모뎀부로부터 신호를 수신하는 모뎀신호 전송부; 내부에서 클럭을 생성한 후 상기 무선송수신기로 제공함과 아울러 상기 클럭에 동기된 파일럿신호를 생성한 후 변조하여 출력하는 파일럿 채널 변조부; 상기 모뎀신호전송부로부터 입력된 신호를 상향 주파수대역으로 변환하는 상향 주파수 변환부; 상기 상향 주파수 변환부의 출력에 상기 파일럿 채널 변조부의 출력을 합성하여 상기 무선송수신기로 출력하는 채널합성부를 포함하고,
    상기 가입자국장치의 트랜스레이터는,
    무선송수신기를 통해 기지국으로부터 수신된 신호를 저주파대역으로 하향 변환하는 하향 주파수 변환부와; 상기 하향 주파수 변환부로부터 입력된 수신신호의세기에 따라 증폭도를 조절하여 출력을 항시 일정하게 유지하는 자동이득제어부; 상기 자동이득제어부로부터 수신된 신호를 상기 모뎀부로 전송하고 상기 모뎀부로부터 신호를 수신하는 모뎀신호 전송부; 상기 기지국으로부터 수신된 채널신호에서 파일롯신호를 분리하여 복조한 후 기지국에서 전송된 기준클럭신호에 동기된 클럭신호를 발생하여 상기 무선송수신기로 제공하고, 수신된 파일럿신호 레벨을 분석하여 AGC와 APC를 제어하기 위한 신호를 제공하는 파일럿채널복조부; 상기 모뎀신호전송부로부터 입력된 신호를 상향 주파수대역으로 변환하는 상향 주파수 변환부; 상기 상향 주파수 변환부의 출력을 입력받아 송신신호의 전력을 일정한 수준으로 유지하는 자동전력제어부; 상기 자동이득제어부와 자동전력제어부의 동작을 감시하며, 송수신 전력레벨 모니터링하는 감시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파대 점 대 다점 통신에서 전송오류를 최소화하기 위한 트랜스레이터 장치.
  2. 모뎀부로부터 무선송수신기로 가는 송신신호의 주파수를 상향 변환하고, 무선송수신기로부터 수신된 신호의 주파수를 하향 변환하여 모뎀부로 전달하는 트랜스레이터를 포함하는 기지국장치와, 모뎀부로부터 무선송수신기로 가는 송신신호의 주파수를 상향 변환하고, 무선송수신기로부터 수신된 신호의 주파수를 하향 변환하여 모뎀부로 전달하는 트랜스레이터를 포함하는 가입자국장치간에 밀리미터파대에서 무선방식으로 통신하는 광대역 무선가입자망에 있어서,
    상기 기지국장치의 트랜스레이터가
    무선송수신기를 통해 가입자국으로부터 수신된 신호를 저주파대역으로 하향변환하는 하향 주파수 변환부와; 상기 하향 주파수 변환부로부터 수신된 신호를 상기 모뎀부로 전송하고 상기 모뎀부로부터 신호를 수신하는 모뎀신호 전송부; 자체적으로 안정된 기준클럭신호를 발생하여 상기 무선송수신기로 제공하는 기준클럭안정화부; 상기 모뎀신호전송부로부터 입력된 신호를 상향 주파수대역으로 변환하는 상향 주파수 변환부를 포함하고,
    상기 가입자국장치의 트랜스레이터는,
    무선송수신기를 통해 기지국으로부터 수신된 신호를 저주파대역으로 하향 변환하는 하향 주파수 변환부와; 상기 하향 주파수 변환부로부터 입력된 수신신호의 세기에 따라 증폭도를 조절하여 출력을 항시 일정하게 유지하는 자동이득제어부; 상기 자동이득제어부로부터 수신된 신호를 상기 모뎀부로 전송하고 상기 모뎀부로부터 신호를 수신하는 모뎀신호 전송부; 자체적으로 안정된 기준클럭신호를 발생하여 상기 무선송수신기로 제공하는 기준클럭안정화부; 상기 모뎀신호전송부로부터 입력된 신호를 상향 주파수대역으로 변환하는 상향 주파수 변환부; 상기 상향 주파수 변환부의 출력을 입력받아 송신신호의 전력을 일정한 수준으로 유지하는 자동전력제어부; 상기 자동이득제어부와 자동전력제어부의 동작을 감시하며, 송수신 전력레벨 모니터링하는 감시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파대 점 대 다점 통신에서 전송오류를 최소화하기 위한 트랜스레이터 장치.
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