KR100447387B1 - 무선가입자망 수신기의 자동 이득조정 루프회로 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수신기의 자동 이득조정(AGC) 루프회로에 있어서, 감지 다이오드와 핀 다이오드를 대체하여 로그 증폭기와 전압가변 감쇠기(VVA)를 사용함으로써 회로의 소형 간단화 및 안정화를 가능케 한 수신기의 자동 이득조정 루프회로를 제공하기 위한 것으로, 이러한 본 발명은, 수신기로 수신되는 신호가 인가되면 상기 신호를 되먹임 회로단의 감쇠값에 따라 감쇠시키고 적정하게 증폭한 후, 수신대역의 신호를 추출하기 위한 아날로그 회로단과; 상기 아날로그 회로단의 최종 출력단에서 최종 출력신호를 검출하여 상기 아날로그 회로단의 각 감쇠부의 감쇠값을 제어함으로써, 상기 최종 출력신호의 신호이득을 자동조정하기 위한 되먹임 회로단으로 구성되는 장치를 제공하는 바, 최종 출력신호의 감지를 위한 감지회로부에 로그 증폭기를 사용하여 자동 이득조정루프 회로의 선형성을 보장하며, 종래 사용되던 핀 다이오드 감쇠기 대신에 선형성이 우수한 전압가변 감쇠기를 적용하여 자동 이득조정루프 회로의 소형화 및 안정화를 증대시킬 수 있다.
Description
본 발명은 무선가압자망(WLL)에서 무선주파수 신호를 수신하는 수신기의 자동 이득조정(Automatic Gain Control, 또는 AGC) 회로에 관한 것으로, 특히 자동 이득조정단의 루프회로에 있어서, 감지 다이오드(Detector Diode)를 사용하던 종래기술의 단점을 극복하기 위하여 로그 증폭기(Log Amplifier)와 핀 다이오드(Pin Diode)로 감쇠값을 가변시킨 부분을 전압가변 감쇠기(Voltage Variable Attenuator, 또는 VVA)를 사용함으로써 회로의 소형 간단화 및 안정화를 가능케 한 수신기의 자동 이득조정 루프회로에 관한 것이다.
일반적으로 무선주파수의 전송을 통하여 2개 지점간의 통신을 수행하기 위해서는 각각 무선주파수의 송신을 위한 기능부와, 전송된 무선주파수 신호를 수신하기 위한 기능부가 각각 구비되어야 한다. 상기 각 기능부는 각각 송신부와 수신부로 통칭되며, 이러한 기능의 구현을 위한 일련의 회로구성을 각각 송신기와 수신기로 지칭한다.
일반적인 조건에 있어서, 송신기에서 송신하는 무선신호는 무선구간을 경유하여 수신기에 도달하게 된다. 수신기는 송신기가 전송한 무선신호를 수신하게 되는데, 상기 무선신호가 전송되는 환경에 따라 수신되는 무선신호에는 유효신호(Carrier) 이외에도 잡음 성분(Noise)이 포함되어 있게 된다.
또한, 송신기에서 전송한 무선신호는 수신측의 수신기에 도달하는 때에 그 신호전력이 낮아지게 된다.
그래서 수신기는 수신되는 무선신호의 전력을 증폭하고 이득을 조절하며, 잡음성분을 제거하여 유효신호를 효율적으로 추출하기 위한 일련의 회로구성으로 이루어지게 된다.
본 발명은 수신기의 자동 이득조정회로를 개선하고자 하는 것으로, 이에 대비되는 종래기술을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도1은 종래기술에 의한 수신기의 자동 이득조정회로의 블록구성도이다.
상기 도1에 도시된 바와 같이 종래의 회로는, 3단의 핀 다이오드가 사용된 감쇠부(12, 16, 18)와, 6단의 증폭부(11, 13, 15, 17, 19, 24)와, 2번째 중간 주파수 변환을 위한 혼합부(21, 22) 및 2단의 필터부(14, 23)를 포함하여 이루어진 아날로그 회로단(11~25)과; 최종 출력단에 연결된 감지기 회로부(26)와, 적분기(27) 및 선형화기(28)를 포함하여 이루어진 되먹임 회로단(26~28)으로 구성된다.
이때 상기 각 회로는 다수의 저항과 축전기 및 인덕터 들로 구성된다.
이와 같이 구성되는 장치의 동작을 설명하기로 한다.
우선, 아날로그 회로단을 설명하면, 초단 증폭부(11)에 의해 증폭된 중간 주파수 신호는 제1 감쇠부(12)로 인가된다. 제1 감쇠부(12)로 인가된 중간 주파수 신호는 되먹임(feedback) 회로에서 결정된 직류전류를 받아 그에 해당하는 감쇠값으로 감쇠된다. 이때의 제1 감쇠부(12)는 핀 다이오드(pin diode)로 이루어지며, 회로내 다른 감쇠부(16, 18)도 역시 핀 다이오드로 이루어진다.
제1 감쇠부(12)에 의해 감쇠된 신호는 제2 증폭부(13)를 거친 후, 필터부(14)를 통과하면서 불필요한 신호가 제거되고 다시 제3 증폭부(15)에 의해 증폭된 다음 제2 감쇠부(16)로 인가된다.
제2 감쇠부(16)는 인가되는 신호에 대해 상기 제1 감쇠부(12)와 동일한 동작을 수행하게 되는데, 이때 감쇠되는 값도 상호 동일하다.
제2 감쇠부(16)에 의해 감쇠된 신호는 제4 증폭부(17)와 제3 감쇠부(18)를 통과하게 된다.
이러한 과정으로 연속적으로 증폭 및 감쇠를 수행함으로써 제3 감쇠부(18)를 통과하는 신호는 더 낮은 주파수로 변환된다. 낮은 주파수로 변환된 제3 감쇠부(18)의 출력신호는 제5 증폭부(19)를 비롯한 일련의 기능부(20~22)를 거친 후, 저역통과 필터부(20)를 통과하여 최종단 결합부(25)를 통해 출력된다.
자동 이득조정 회로에 사용되는 감쇠기(Attenuator)는 여러 종류가 있지만, 상기와 같이 핀 다이오드를 사용하여 회로가 구성되는 경우에는 핀 다이오드의 전력에 따른 감쇠값이 비선형 특성을 갖게 되므로, 되먹임 회로단에서 선형화기(28)를 통과시킨 직류신호를 각 감쇠부(12, 16, 18)에 인가시켜야만 한다.
되먹임 회로단은 다수의 정밀저항(1%)들과 2개의 OP-AMP, 감지회로부(26), 적분기(27) 및 선형화기(28)를 포함하여 구성된다. 이때 정밀저항 및 OP-AMP는 첨부도면에 도시하지는 않았다.
되먹임 회로단의 동작을 보면, 아날로그 회로단(11~25)의 최종출력 신호를 감지회로부(26)에 인가시켜 아날로그 신호를 직류신호로 변환시키며, 상기 변환된 직류신호는 적분기(27)에서 기준전압과 비교된다.
그래서 직류신호가 기준전압에 비해 낮거나 높으면 기준전압과 동일하게 되도록 출력신호를 각 감쇠부(12, 16, 18)에 인가하게 된다. 이때 적분기(27)에서 출력된 신호는 핀 다이오드를 사용하는 각 감쇠부(12, 16, 18)의 비선형성을 보상하기 위하여 선형화기(28)를 통과시켜 선형 특성을 갖는 신호로 변환한 후 각 감쇠부(12, 16, 18)로 인가한다.
되먹임 회로단에 있어서, 제1 OP-AMP는 임피던스를 맞춰주고 잡음을 줄이기 위하여 버퍼앰프를 사용하게 되며, 이러한 버퍼를 통과한 신호가 감지 다이오드(Detector Diode)로 이루어진 감지회로부(26)로 인가된다. 감지회로부(26)에 의해 감지된 아날로그 신호는 직류전류로써 출력되며, 상기 출력전류는 제2 OP-AMP에 인가되어 적절한 레벨로 증폭된 후 적분기(27)에 인가된다.
적분기(27)에서는 제2 OP-AMP에서 출력되는 DC 신호와 기준 DC 신호를 비교하여 기준신호에 비해 낮으면 AGC의 이득을 높여주고, 기준신호에 비해 높으면 AGC의 이득을 낮춰주는 역할을 담당한다. 그리고 상기 이득조정된 출력신호는 선형화기(28)에 의해 비선형 특성이 개선된 후, 핀 다이오드를 사용하는 감쇠부(12, 16, 18)로 인가된다.
상기 회로를 통한 반복적인 이득조정을 통해 자동 이득조정 루프가 동작하게 된다.
그러나 상기 설명한 종래의 자동 이득조정 회로에 있어서, 대부분의 이득조정 회로가 핀 다이오드를 이용한 회로이기 때문에 OP-AMP나 기타 주변의 회로들이 상당히 복잡하고 정밀한 소자들을 사용하여야만 하며, 많은 시행착오와 실험을 거쳐서 회로를 설계하여야만 사용가능하게 되는 단점이 있었다.
또한, 다이오드를 사용한 감지회로와 관련하여 다종의 회로구성이 알려져 있으나, 다이오드 자체의 비선형 특성으로 인해 실제로 회로를 구성하는 경우에 있어 많은 변수들이 작용하게 되어 모의실험(Simulation)한 결과와 비교해 보면 상당한 오차가 발생되기 때문에 회로의 설계가 어렵게 되는 문제점이 있었다.
현재 W-CDMA WLL(Wireless Local Loop)에서 사용되고 있는 자동 이득조정 루프의 경우에는 HSMS2815 다이오드를 사용하여 신호를 감지하는 회로가 구성되어 있으며, 핀 다이오드를 사용한 감쇠회로가 있어서 상기 감쇠회로의 비선형 특성을 선형특성으로 전환시켜 주기 위한 선형화 회로(Linearizer)가 포함되어야만 하는 것이다.
따라서 다이오드의 비선형성에 기인하는 상기 여러 요인들에 의해 회로가 추가되어야만 할 뿐만 아니라, 회로구성이 복잡해지게 된다.
특히, 수신기 전체에서 가장 민감한 기능블록에 해당하기 때문에 주어진 동작범위(Dynamic Range)에서 적절한 감지신호(Detect Signal)를 얻기 위하여 정밀한 저항들과 다수의 증폭기(OP-AMP)를 구성되어야 했다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 수신기의 자동 이득조정(AGC) 루프회로에 있어서, 감지 다이오드(Detector Diode)를 사용하던 종래기술의 단점을 극복하기 위하여 로그 증폭기(Log Amplifier)와 핀 다이오드(Pin Diode)로 감쇠값을 가변시킨 부분을 전압가변 감쇠기(Voltage Variable Attenuator, 또는 VVA)를 사용함으로써 회로의 소형 간단화 및 안정화를 가능케 한 수신기의 자동 이득조정 루프회로를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 수신기의 자동이득조절회로에서, 상기 수신기의 중간주파수처리단의 다단증폭기사이에 구비되어 일정레벨로 증폭된 중간주파수신호를 가변설정되는 감쇠레벨로 감쇠시키는 제1 전압가변 감쇠부와,상기 수신기의 중간주파수처리단의 최종출력단으로부터 일부 검출한 아날로그의 출력신호를 가변설정되는 감쇠레벨로 감쇠시키고, 상기 최종 출력단의 검출신호를 중간주파수레벨의 국부발진신호와 혼합하여 다단증폭 및 필터링하여 출력하는 출력신호 피드백부의 인입측에 설치되는 제2 전압가변 감쇠부와,상기 출력신호 피드백부에 의해 일정신호 처리된 최종출력의 아날로그 피드백신호를 일정레벨로 증폭한 직류신호로 변환하여 출력시키는 로그증폭기와,상기 로그증폭기로부터 출력된 직류신호를 기준전압과 비교하여 그 차신호에 따른 전압제어값을 산출하고 그 산출된 전압제어값으로 상기 제1 및 제2 전압가변 감쇠부를 제어하는 적분기를 포함하는 무선가입자망 수신기의 자동 이득조정 루프회로를 제공한다.
도1은 종래기술에 의한 수신기의 자동 이득조정회로의 블록구성도이고,
도2는 본 발명의 일실시예에 의한 수신기의 자동 이득조정 루프회로의 블록구성도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
31~43 : 아날로그 회로단 44~45 : 되먹임 회로단
31, 33, 35, 37, 42 : 증폭부 32, 36 : 전압가변 감쇠부
34, 41 : 필터부 38 : 패드부
39, 40 : 혼합부 43 : 결합부
44 : 감지회로부 45 : 적분기
이하, 상기와 같은 수신기의 자동 이득조정 루프회로의 기술적 사상에 따른 실시예에 의거 본 발명의 구성 및 동작을 설명한다.
먼저, 도2는 본 발명의 일실시예에 의한 수신기의 자동 이득조정 루프회로의 블록구성도이다.
상기 도2에 도시된 바와 같이 본 발명의 적절한 실시예는, 수신기로 수신되는 신호가 인가되면 상기 신호를 되먹임 회로단(44~45)의 감쇠값에 따라 감쇠시키고 적정하게 증폭한 후, 수신대역의 신호를 추출하기 위한 아날로그 회로단(31~43)과; 상기 아날로그 회로단(31~43)의 최종 출력단에서 최종 출력신호를 검출하여 상기 아날로그 회로단(31~43)의 각 감쇠부(32, 36)의 감쇠값을 제어함으로써, 상기 최종 출력신호의 신호이득을 자동조정하기 위한 되먹임 회로단(44~45)을 포함하여구성된다.
본 발명이 제시하는 장치는 수신기의 자동 이득조정 루프에 있어서, 다이오드를 이용하여 감지회로부를 구성하는 것이 아니라 로그 증폭기(Log Amplifier)가 사용된 감지회로를 구성하고, 아날로그 회로단에 전압가변 감쇠기를 포함하여 자동 이득조정 루프 회로를 구성하게 된다.
즉, 본 발명은 도2에서와 같이, 2단의 전압가변 감쇠기를 사용한 감쇠부(32, 36)와, 5단의 증폭부(31, 33, 35, 37, 41)와, 두 번째 중간 주파수 변환을 수행하기 위한 혼합부(39~40)와, 2단의 필터부(34, 41)를 포함하여 이루어진 아날로그 회로단(31~43)과; 최종출력단에 연결된 로그 증폭기를 사용하는 감지회로부(44) 및 적분기(45)를 포함하여 이루어진 되먹임 회로단(44~45)으로 구성된다.여기서, 상기 제2 전압가변 감쇠부(36), 상기 제2 전압가변 감쇠부(36)의 출력단에 연결된 증폭기(37), 상기 증폭기(37)의 출력단에 연결된 패드부(38), 이 패드부(38)의 출력단에 연결된 혼합부(39), 이 혼합부(39)의 출력단에 연결된 필터(41), 이 필터(41)의 출력단에 연결된 증폭기(42) 등은 출력신호 피드백부(44-2)를 구성한다.
이때 각 회로는 다수의 저항과 축전기, 인덕터 들로 구성된다.
본 발명이 제시하는 장치의 구성에 따른 동작을 구체적으로 설명하기로 한다.
우선, 아날로그 회로단(31~43)에 있어서 중간 주파수 신호가 인가되면, 상기 신호는 초단 증폭부(31)에 의해 증폭되어 제1 전압가변 감쇠부(32)로 전달된다. 제1 전압가변 감쇠부(32)는 되먹임 회로단(44~45)에서 결정된 직류전압 신호를 인가받아 그에 해당하는 감쇠값으로 인가되는 신호를 감쇠하게 된다.
제1 전압가변 감쇠부(32)에 의해 감쇠된 신호는 제2 증폭부(33)와 제1 필터부(34) 및 제3 증폭부(35)를 차례로 거치면서 불필요한 신호가 제거된 후 증폭된다.
상기 제3 증폭부(35)를 통과한 신호는 제2 전압가변 감쇠부(36)로 인가되는데, 상기 제2 전압가변 감쇠부(36)는 제1 전압가변 감쇠부(32)와 동일한 회로구성을 갖는 것으로 그 감쇠값도 상호 동일하다.
제2 전압가변 감쇠부(36)에 의해 감쇠된 신호는 제4 증폭부(37)와 패드부(38)와 중간주파수 혼합기(39~40)를 거쳐 더 낮은 신호로 변환된 후, 저역통과 필터부(41)에 의해 저주파 대역의 신호가 통과된다.
상기 저역통과 필터부(41)를 통과한 신호는 제5 증폭부(42)와 결합부(43)에 의해 증폭된 후 최종 출력된다. 이때 최종단 출력신호는 결합부(43)에 의해 검출될 수 있으며, 상기 출력신호의 모니터링 등에 사용될 수 있다.최종단 출력신호는 되먹임 회로단(44~45)에 의해 감지되는데, 감지회로부(44)가 신호감지기능을 담당하게 된다. 상기 감지회로부(44)는 예컨대, 로그증폭기로 구성된다.
여기서, 만약 상기 로그증폭기(44)의 출력신호가 미약할 경우 OP앰프(44-1)를 로그증폭기(44)의 전단에 연결하고 로그증폭기(44)로 입력되는 입력신호를 일정레벨로 증폭하여 입력시킬 수 있다.
상기 되먹임 회로단(44~45)은 최종단 출력신호를 감지하여 신호이득을 조정하게 되는데, 감지회로부(44)와 적분기(45)를 포함한다.
즉, 감지회로부(44)인 로그증폭기는 최종단으로부터 검출한 아날로그의 출력신호를 일정레벨로 증폭하여 직류신호로 변환한다음 적분기(45)로 출력시킨다.
상기 변환된 직류신호는 적분기(45)에 의해 기준전압과 비교된다. 이때 적분기(45)는 변환된 직류신호의 전압이 기준전압과 동일하게 되도록 조정하기 위한 것인데, 상기 비교의 결과에 따라 각 감쇠부(32, 36)의 감쇠값을 결정하게 된다.
적분기(45)에 의해 결정된 감쇠값에 따라 아날로그 회로단(31~43)의 각 감쇠부(32, 36)가 신호를 감쇠시킴으로써 수신기의 신호 이득조정이 수행되며, 상기 신호 이득조정 과정을 계속적으로 수행함으로써 자동 이득조정 루프가 동작하게 되는 것이다.
이때 적분기(45)에서 출력되는 신호는, 핀 다이오드를 사용한 종래의 감쇠기 회로와 같이 비선형성을 보상하기 위해 선형화기를 통과시킬 필요가 없다. 즉, 선형화기를 통과시키지 않고 적분기의 출력을 바로 감쇠부(32, 36)에 인가할 수 있는 것이다.
상기 제시된 장치를 적용함에 있어서 특이사항 및 기대되는 장점을 설명한다.
아날로그 신호가 로그 증폭기(44)에 인가되면, 출력되는 신호는 직류전압으로 출력된다. 로그 증폭기(44)에서 출력된 신호는 바로 적분기(45)에 인가되는데, 이때 적분기(45)에 인가되는 신호가 너무 미약한 신호일 때에는 로그 증폭기(44)의 다음 단에 OP-AMP를 하나 더 사용하여야 한다.
로그 증폭기(44)의 특성상 주어진 밴드(band)내 인가신호의 동작 범위는 주어진 주파수 범위에서 -70dB 정도가 되며, 주어진 전력을 갖는 아날로그 신호가 직류전압 신호로 변환되는 경우에 있어 인가되는 아날로그 신호에 대해 매우 우수한 선형성을 갖는 직류출력 전압신호가 된다.
따라서 핀 다이오드의 비선형성으로 인하여 입력 아날로그 신호에 대해 민감하게 반응하던 종래기술의 단점을 보완할 수 있게 된다.
또한, 다이오드를 이용한 감지회로는 다이오드의 자체의 비선형성으로 인해, 인가되는 아날로그 신호를 후단 회로에 맞게 감지기를 구성하거나 감지기의 동작특성에 맞게 후단 회로를 설계하여야 하는 어려움이 있었으나, 본 발명이 제시하는 회로구성을 통해 상기 단점을 극복할 수 있게 된다.
즉, 신호를 로그 증폭기(44)에 인가한 후 출력되는 신호만으로 후단 회로를 결정하면 인가되는 신호의 변화에 무관하게 되므로, 입력신호에 민감하게 반응하지 않는 회로를 용이하게 구성할 수 있게 된다.
또한, 정밀저항을 사용하는 등 해석이 어렵고 복잡한 회로가 요구되는 다이오드 감지회로 대신에 로그 증폭기를 이용함으로써, 간단한 회로만으로도 수신기의 자동 이득조정 루프(AGC loop)를 구성할 수 있게 된다.
그리고 자동 이득조정 루프를 거친 신호가 기존의 핀 다이오드에 인가되는 대신 전압가변 감쇠기에 인가되면, 자동 이득조정 루프 회로에서 생성된 전압에 따라 감쇠값이 결정되어 전체루프가 완성된다. 이때 전압가변 감쇠기는 약 40dB의 가변 범위를 갖는다.
뿐만 아니라, 수신기의 다이나믹 정밀저항 들도 거의 사용되지 않고, 되먹임 회로단에 선형화기를 필요로 하지 않게 된다. 그러므로 회로를 간단화할 수 있는 장점을 갖는 한편, 종래보다 우수한 자동 이득조정 특성을 갖는 수신기를 설계할 수 있는 장점이 있다. 이러한 간단한 회로의 구성은 자동 이득조정 루프 회로를 포함한 수신기의 소형화를 가능케 할 것이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 수신기의 자동 이득조정 루프회로는, 대부분의 수신기 성능을 좌우하는 부분인 자동 이득조정루프의 회로구성을 간단화하며, 회로의 안정화를 위하여 많은 시간과 노력을 투자하여야 했던 종래기술의 단점을 극복할 수 있는 효과가 있다.
또한, 아날로그 회로단과 되먹임 회로단의 회로구성을 간단화함으로써, 수신기 전체회로의 소형화를 가능케 하는 효과가 있다.
더불어 최종 출력신호의 감지를 위한 감지회로부에 로그 증폭기를 적용함으로써 자동 이득조정루프 회로의 선형성을 보장하며, 종래 사용되던 핀 다이오드 감쇠기 대신에 선형성이 우수한 전압가변 감쇠기를 적용함으로써 자동 이득조정루프 회로의 소형화 및 안정화를 증대시키는 효과가 있다.
Claims (5)
- 수신기의 자동이득조절회로에 있어서,상기 수신기의 중간주파수처리단의 다단증폭기사이에 구비되어 일정레벨로 증폭된 중간주파수신호를 가변설정되는 감쇠레벨로 감쇠시키는 제1 전압가변 감쇠부와,상기 수신기의 중간주파수처리단의 최종출력단으로부터 일부 검출한 아날로그의 출력신호를 가변설정되는 감쇠레벨로 감쇠시키고, 상기 최종 출력단의 검출신호를 중간주파수레벨의 국부발진신호와 혼합하여 다단증폭 및 필터링하여 출력하는 출력신호 피드백부의 인입측에 설치되는 제2 전압가변 감쇠부와,상기 출력신호 피드백부에 의해 일정신호 처리된 최종출력의 아날로그 피드백신호를 일정레벨로 증폭한 직류신호로 변환하여 출력시키는 로그증폭기와,상기 로그증폭기로부터 출력된 직류신호를 기준전압과 비교하여 그 차신호에 따른 전압제어값을 산출하고 그 산출된 전압제어값으로 상기 제1 및 제2 전압가변 감쇠부를 제어하는 적분기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선가입자망 수신기의 자동 이득조정 루프회로.
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- 제 1항에 있어서, 상기 로그증폭기의 전단에는 최종 출력신호를 일정레벨로 증폭하는 OP-AMP를 추가로 연결하는 것을 특징으로 하는 무선가입자망 수신기의 자동 이득조정 루프회로.
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- 2000-10-31 KR KR10-2000-0064136A patent/KR100447387B1/ko not_active IP Right Cessation
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