KR100509632B1 - 프리디스토션을 이용한 전력 증폭 장치, 그 방법 및 그장치를 포함하는 무선 통신 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 프리디스토션을 이용한 전력 증폭 장치, 그 방법 및 그 장치를 포함하는 무선 통신 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 프리디스토션을 이용한 전력 증폭 장치는, 프리디스토션 함수(predistortion function)를 적용하여 입력 신호 x(n)을 프리디스토션시키는 프리디스토션 모듈과, 상기 프리디스토션 모듈에 의해 프리디스토션된 신호 y(n)이 D/A(digital-to-analogue) 변환된 신호를 증폭하는 전력 증폭기(power amplifier)와, 상기 입력 신호 x(n)과 프리디스토션 신호 y(n) 및 상기 전력 증폭기의 출력 신호가 피드백되어 A/D 변환된 신호 z(n)을 입력 받아 프리디스토션 함수를 산출하는 프리디스토션 함수 산출 모듈을 포함하되, 상기 프리디스토션 함수 산출 모듈은, 상기 x(n), y(n), z(n)의 평균 파워 Px, Py, P
z를 산출하는 수단과; 상기 y(n), z(n)을 각각 y'(n), z'(n)으로 보정하되, x(n), y'(n), x'(n)의 평균 파워 Px, P'y 및 P'z가 동일해지도록 보정하는 수단; 및 상기 y'(n), z'(n)을 토대로 프리디스토션 함수를 산출하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 프리디스토션을 이용한 전력 증폭 장치, 그 방법 및 그 장치를 포함하는 무선 통신 시스템에 관한 것이다.
전력 증폭기(power amplifier) 설계에 있어서, 신호의 왜곡 특성과 증폭 효율은 서로 양립하지 않는 성질을 가지고 있어, 양자의 적절한 조화가 요구된다. 예를 들어, A급 증폭기의 경우에는 신호의 왜곡이 거의 없는 반면에 증폭 효율이 낮고, C급 증폭기의 경우에는 효율은 높지만 신호의 왜곡이 심한 특성을 갖는다.
최근에 신호의 왜곡을 일으키지 않고 증폭 효율을 증대시키기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있는데, 그 중에서 프리디스토션(predistortion) 방법이 가장 대표적이라 할 수 있다. 프리디스토션 방법은 전력 증폭기에 입력되는 신호를 그 입력 전에 고의적으로 왜곡하여 전력 증폭기의 비선형 특성을 보상하는 방법으로서, 이 방법에 의하면, 전력 증폭기의 특성 함수와 반대의 성격을 갖는 프리디스토션 함수(predistortion function)에 의해 입력 신호를 왜곡하여 선형화 (linearization)를 달성함으로써 고효율, 저왜곡 특성을 만족시키는 것이다.
도1은 종래에 이용되고 있는 대표적인 프리디스토션 시스템의 블록 구성도이다. 디지털 베이스밴드 입력 신호(un)가 프리디스토션 모듈 20에 입력되어 프리디스토션 함수에 의해 프리디스토션되어 xn이 출력된다. xn은 D/A 컨버터 30에 의해 D/A 변환되고, 혼합기(mixer)와 필터에 의해 구성되는 업-컨버젼(up-conversion) 모듈 40에 의해 무선 주파수(RF) 신호로 변환되어 전력 증폭기 50으로 입력되어 증폭된다.
종래의 프리디스토션 방법은 크게 나누어 두 가지 단계에 의해 진행되는데, 우선 전력 증폭기 50의 특성이 산출되고, 그 다음에 그 특성에 기초하여 프리디스토션 함수가 구해진다. 전력 증폭기 50의 특성을 산출하기 위하여 전력 증폭기의 입력과 출력을 비교해야 한다. 따라서, 전력 증폭기 50의 출력이 피드백되어 혼합기와 필터에 의해 구성되는 다운-컨버젼(down-conversion) 모듈에 입력되어 중간 주파수(Intermediate Frequency)로 변환되고, A/D 변환기 80에 의해 A/D 변환되어 디지털 베이스 밴드 신호 yn으로 변환된다. xn과 yn은 증폭기 특성 산출 모듈 25에 입력되고, 이를 토대로 전력 증폭기 50의 특성 함수(characteristic function)가 산출된다. 프리디스토션 함수 결정 모듈 15은 상기 증폭기 특성 산출 모듈 25에 의해 산출된 전력 증폭기 50의 특성 함수를 토대로 프리디스토션 함수를 결정하고, 프리디스토션 모듈 20은 상기 프리디스토션 함수에 의해 입력 신호 un에 프리디스토션을 가하는 것이다.
상기한 바와 같은 종래의 프리디스토션 시스템은 신호의 업/다운 경로(up/down path)에 있어서의 파워 레벨 변화량, 즉 파워 이득 및 감쇠량(gain/attenuation)을 정확히 산출할 수 있는 경우에 효율적으로 적용될 수 있는 방법으로서, 파워 이득 및 감쇠량을 정확히 산출할 수 없는 경우에 종래의 프리디스토션 방법을 적용하면 성능이 제한되는 한계를 갖고 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 프리디스토션 방법에 있어서의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 입력 신호의 업/다운 경로에 있어서의 파워 레벨 변화량을 정확히 산출할 수 없거나, 파워 레벨이 가변적인 시스템에서 프리디스토션을 이용한 전력 증폭 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 전력 증폭 장치를 포함하는 무선 통신 시스템을 제공하는 것이다.
발명의 개요
본 발명에 따른 프리디스토션을 이용한 전력 증폭 장치는, 신호의 업/다운 경로에서의 파워 레벨 변화량을 정확히 산출할 수 없는 전력 증폭 장치에 있어서, 프리디스토션 함수(predistortion function)를 적용하여 입력 신호 x(n)을 프리디스토션시키는 프리디스토션 모듈과, 상기 프리디스토션 모듈에 의해 프리디스토션된 신호 y(n)이 D/A(digital-to-analogue) 변환된 신호를 증폭하는 전력 증폭기(power amplifier)와, 상기 입력 신호 x(n)과 프리디스토션 신호 y(n) 및 상기 전력 증폭기의 출력 신호가 피드백되어 A/D 변환된 신호 z(n)을 입력 받아 프리디스토션 함수를 산출하는 프리디스토션 함수 산출 모듈을 포함하되, 상기 프리디스토션 함수 산출 모듈은, 상기 x(n), y(n), z(n)의 평균 파워 Px, Py, Pz를 산출하는 수단과; 상기 y(n), z(n)을 각각 y'(n), z'(n)으로 보정하되, x(n), y'(n), x'(n)의 평균 파워 Px, P'y 및 P'z가 동일해지도록 보정하는 수단; 및 상기 y'(n), z'(n)을 토대로 프리디스토션 함수를 산출하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양상으로서, 본 발명에 따른 무선 통신 시스템은, 프리디스토션을 이용한 전력 증폭 장치를 포함하는 무선 통신 시스템에 있어서, 상기 전력 증폭 장치는, 프리디스토션 함수를 적용하여 입력 신호 x(n)을 프리디스토션시키는 프리디스토션 모듈과, 상기 프리디스토션 모듈에 의해 프리디스토션된 신호 y(n)이 D/A 변환된 신호를 증폭하는 전력 증폭기와, 상기 입력 신호 x(n)과 프리디스토션 신호 y(n) 및 상기 전력 증폭기의 출력 신호가 피드백되어 A/D 변환된 신호 z(n)을 입력 받아 프리디스토션 함수를 산출하는 프리디스토션 함수 산출 모듈을 포함하되, 상기 프리디스토션 함수 산출 모듈은, 상기 x(n), y(n) 및 z(n)의 평균 파워 Px, Py 및 Pz를 산출하는 수단과; 상기 y(n), z(n)을 y'(n), z'(n)으로 보정하되, x(n), y'(n), x'(n)의 평균 파워 Px, P'y, P'z가 동일해지도록 보정하는 수단; 및 상기 y'(n), z'(n)을 토대로 프리디스토션 함수를 산출하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양상으로서, 본 발명에 따른 전력 증폭 방법은, 신호의 업/다운 경로에서의 파워 레벨 변화량을 정확히 산출할 수 없는 전력 증폭 방법에 있어서, 프리디스토션 함수를 적용하여 입력 신호 x(n)을 프리디스토션시키는 제1단계; 상기 제1단계에서 프리디스토션된 신호 y(n)을 D/A 변환하여 증폭하는 제2단계; 및 상기 입력 신호 x(n)과, 프리디스토션 신호 y(n) 및 상기 제2단계에서 증폭된 신호가 피드백되어 A/D 변환된 신호 z(n)을 입력 받아, 상기 세 신호의 평균 파워가 동일하게 되도록 y(n), z(n)을 각각 y'(n), z'(n)으로 보정하여, 보정된 y'(n) 및 z'(n)을 토대로 프리디스토션 함수를 산출하는 제3단계를 포함하여 구성된다.
실시예
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. 도2는 본 발명에 따른 프리디스토션을 이용한 전력 증폭 장치의 일 실시예의 전체 구성도이고, 도3은 프리디스토션 함수 산출 모듈 35의 세부 구성을 도시한 도면이다.
본 실시예는 도1에 도시된 종래의 프리토션 증폭 시스템과 전체적으로 유사하지만, 프리디스토션 함수 산출 모듈 35에서 프리디스토션 함수를 구하는 세부 과정과 전력 증폭기 27에서 증폭된 신호를 피드백하는 과정에서 BPF 31에 의해 밴드 패스 필터링된다는 점에서 차이점이 있다. 이와 같은 차이점은 본 발명이 기본적으로 주파수 업/다운 컨버젼 모듈(25, 29)에 의해 신호의 주파수 변환 과정에서 일어나는 파워 레벨의 변화값(게인(gain)이나 감쇠값(attenuation))을 정확히 산출할 수 없는 시스템에 적용된다는 점으로부터 기인한다.
디지털 입력 신호 x(n)이 프리디스토션 모듈 21에 입력되어 프리디스토션 함수에 의해 프리디스토션되어 y(n)이 출력된다. y(n)은 D/A 컨버터 23에 의해 D/A(digital-to-analogue) 변환되고, 업-컨버젼(up-conversion) 모듈 25에 의해 무선 주파수(RF) 신호로 변환되어 전력 증폭기 27에 입력되어 증폭된다.
전력 증폭기 27에서 증폭된 신호는 피드백되어 다운-컨버젼(down-conversion) 모듈 29에 입력되어 주파수가 낮춰지고, 밴드 패스 필터(BPF) 31에 의해 밴드 패스 필터링된 후, A/D(analogue-to-digital) 변환기 33에 의해 A/D 변환되어 디지털 신호 z(n)으로 변환된다. 프리디스토션 함수 산출 모듈 35은 입력 신호 x(n)과, 프리디스토션 모듈 21에 의해 프리디스토션된 신호 y(n) 및 전력 증폭기 27에 의해 증폭된 신호가 피드백되어 A/D 변환된 신호 z(n)을 입력 받아 프리디스토션 함수를 산출하여 프리디스토션 모듈 21에 제공한다. 프리디스토션 함수 산출 모듈 35는 도3과 같이 구성된다. 도4는 본 발명에 따른 프리디스토션을 이용한 전력 증폭 방법의 일실시예에 있어서, 상기 모듈 35에 의한 프리디스토션 함수 산출의 세부 과정을 도시한 것이다. 이하, 도3과 도4를 참조하여 상기 프리디스토션 함수 산출 모듈 35의 작용을 설명한다.
첫 번째로, 도3에 도시한 x(n), y(n), z(n)의 평균 파워 Px, Py, Pz를 산출하는 수단에 의해 평균 파워를 산출하는 과정(401)이 진행된다. 여기서, x(n)은 입력 신호이고, y(n)은 x(n)이 프리디스토션된 신호이며, z(n)은 y(n)이 D/A 변환된 후 증폭되어 피드백되면서 A/D 변환된 신호이다. 평균 파워 Px, Py, Pz는 특정 블록의 데이터(N bit)에 대해 각각의 신호의 절대값의 제곱의 평균에 의해 구해지는데, 구체적으로는 다음의 수학식1, 2, 3을 이용하여 구할 수 있다.
두 번째 과정으로서, 도3의 y(n), z(n) 보정수단에 의해 평균 파워 y(n)과 z(n)을 보정하여 y'(n)과 z'(n)을 산출하는 과정(402)이 따른다. 이 단계에서는 Px, Py, Pz를 바탕으로 y(n)과 z(n)을 보정한다. y(n) 및 z(n)을 보정하는 이유는 상기 x(n), y(n), z(n)의 평균 파워 Px, Py, Pz를 동일하게 해주기 위해서이다(즉, x(n), y'(n), z'(n)의 평균 파워 Px=P'y=P'z). y(n), z(n)의 보정은 y(n), z(n)에 각각 아래의 수학식4 및 수학식5에 의해 구해진 C1, C2를 곱함으로써 이루어지고, 이렇게 보정된 값 y'(n)과 z'(n)의 평균 파워 P'y, P'z는 Px와 동일해진다. 구체적으로, y(n) 및 z(n)에 각각 상수 C1 및 C2를 곱함으로써, 즉, y'(n)=C1y(n), z'(n)=C2z(n)의 식에 의해 y'(n) 및 z'(n)이 구해진다.
다음으로는 도3의 프리디스토션 함수 산출수단의 작용으로서, 상기 산출된 y'(n) 및 z'(n)을 바탕으로 하여 프리디스토션 함수를 산출하는 과정(403)이 따른다. 프리디스토션 함수를 산출하는 방법은, y'(n)을 이용하여 미지의 계수를 가진 다항식 모델(polynomial model)이 만들어내는 신호가 z'(n) 사이의 에러 신호의 파워(power)를 최소화한다는 개념으로부터 출발하여, 이러한 개념을 수학적인 행렬로 나타내어 행렬의 곱셈들에 의해 계수를 산출하는 방법을 이용할 수 있다. 상기한 바와 같이, 에러의 파워를 최소화하는 기본 아이디어나 행렬의 곱에 의해 계수를 구하는 구체적인 방법을 리스트-스퀘어(least-squares) 방법이라 하는데, 이러한 방법은 당업계에서는 공지된 사항이다. 다만, 프리디스토션 함수를 산출하는 방법으로 상기한 리스트-스퀘어 방법에 국한되지 않고, 당업자가 종래의 기술수준으로부터 다양한 방법을 채용할 수 있을 것이다.
이상과 같이 프리디스토션 함수 산출 모듈 35에 의해 산출된 프리디스토션 함수는 프리디스토션 모듈 21에 전달되고, 프리디스토션 모듈 21은 이를 토대로 입력 신호 x(n)을 프리디스토션한다. 산출된 프리디스토션 함수는 평탄화(smoothing) 과정을 거치는 것이 바람직한데, 이는 매 사이클마다 산출되는 프리디스토션 함수의 값들은 매 사이클마다 사용되는 y(n), z(n)의 통계적 특성에 따라 많이 달라질 가능성이 있는데, 매 사이클마다 크게 달라질 가능성이 있는 프리디스토션 함수를 번번이 그대로 사용한다면 이는 증폭기 출력 신호의 특성이 매 사이클마다 크게 바뀔 가능성이 있어 바람직하지 않기 때문이다.
따라서, 지난 사이클에 산출된 프리디스토션 함수와 이번 사이클에 산출된 프리디스토션 함수를 적절히 조합하여 매 사이클 마다의 특성 변화 가능성을 줄이기 위하여 프리디스토션 함수의 평탄화를 수행하는 것이다. 프리디스토션 함수의 평탄화 방법은 종래의 프리디스토션 증폭 시스템에 있어서 공지된 사항이다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 프리디스토션을 이용한 전력 증폭 장치는 CDMA를 포함한 무선 통신 시스템(radio communication system)의 송신부에 적용될 수 있다.
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이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 아니된다. 본 발명에 따른 기술적 사상은 다양한 형태로 변형 실시가 가능할 것이므로 그 기술적 범위는 특허청구범위의 합리적 해석에 의해 결정되어야 한다.
본 발명에 의하면 입력 신호의 업/다운 경로에 있어서의 파워 레벨 변화량을 정확히 산출할 수 없거나, 파워 레벨이 가변적인 시스템에서 프리디스토션을 이용한 전력 증폭 장치, 그 방법 및 상기 장치를 포함하는 무선 통신 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도1은 종래의 프리디스토션 증폭 시스템의 구성 블록도
도2는 본 발명의 따른 프리디스토션을 이용한 증폭 장치의 구성 블록도
도3은 본 발명의 일 구성요소인 프리디스토션 함수 산출 모듈의 세부 구성도
도4는 본 발명에 따른 방법에 있어서의 프리디스토션 함수의 산출 단계의 세부 절차도
<도면 주요부호의 설명>
21 프리디스토션 모듈, 23 D/A 컨버터, 25 주파수 업 컨버젼 모듈, 27 전력 증폭기, 29 주파수 다운 컨버젼 모듈, 31 BPF, 33 A/D 컨버터, 35 프리드시토션 함수 산출 모듈
Claims (9)
- 신호의 업/다운 경로에서의 파워 레벨 변화량을 정확히 산출할 수 없는 전력 증폭 장치에 적용하기 위한, 프리디스토션을 이용한 전력 증폭 장치로서,디지털 입력 신호 x(n)을 프리디스토션 함수를 이용하여 프리디스토션시켜서 y(n)을 출력하는 프리디스토션 모듈과,상기 프리디스토션 모듈에 의해 프리디스토션된 신호 y(n)을 아날로그 신호로 변환하는 D/A 컨버터와,상기 D/A 컨버터에 의해 D/A 변환된 신호를 업-컨버젼하여 무선 주파수로 변환시키는 업-컨버젼 모듈과,상기 무선 주파수로 변환된 신호를 증폭하여 출력하는 전력 증폭기와,상기 전력 증폭기에서 출력되는 무선 주파수 신호중 일부를 피드백하여 그 주파수를 낮추는 다운-컨버젼 모듈과,다운-컨버젼된 신호를 밴드 패스 필터링하고, 이를 다시 디지털 신호 z(n)으로 변환하는 밴드 패스 필터 및 A/D 변환기와,상기 입력 신호 x(n)과 프리디스토션 신호 y(n) 및 상기 전력 증폭기의 출력 신호가 피드백되어 A/D 변환된 신호 z(n)을 입력 받아 프리디스토션 함수를 산출하여 상기 프리디스토션 모듈에 전달하는 프리디스토션 함수 산출 모듈을 포함하되,이 프리디스토션 함수 산출 모듈은, 상기 x(n), y(n), z(n)의 평균 파워 Px, Py, Pz를 산출하는 수단; 상기 x(n), y(n), x(n)의 평균 파워 Px, Py, Pz가 동일해지도록 상기 y(n), z(n)을 각각 y'(n), z'(n)으로 보정하는 수단; 보정된 값 y'(n), z'(n)에 의해 프리디스토션 함수를 산출하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리디스토션을 이용한 전력 증폭 장치.
- 제1항에 있어서,상기 y(n), z(n)은 각각 상수 C1, C2를 곱하여 y'(n), z'(n)으로 보정하되, 상기 C1 및 C2는 각각,및에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 프리디스토션을 이용한 전력 증폭 장치.
- 삭제
- 프리디스토션을 이용한 전력 증폭 장치를 포함하는 무선 통신 시스템에 있어서, 상기 전력 증폭 장치는,디지털 입력 신호 x(n)을 프리디스토션 함수를 이용하여 프리디스토션시켜서 y(n)을 출력하는 프리디스토션 모듈과,상기 프리디스토션 모듈에 의해 프리디스토션된 신호 y(n)을 아날로그 신호로 변환하는 D/A 컨버터와,상기 D/A 컨버터에 의해 D/A 변환된 신호를 업-컨버젼하여 무선 주파수로 변환시키는 업-컨버젼 모듈과,상기 무선 주파수로 변환된 신호를 증폭하여 출력하는 전력 증폭기와,상기 전력 증폭기에서 출력되는 무선 주파수 신호중 일부를 피드백하여 그 주파수를 낮추는 다운-컨버젼 모듈과,다운-컨버젼된 밴드 패스 필터링하고, 이를 다시 디지털 신호 z(n)으로 변환하는 밴드 패스 필터 및 A/D 변환기와,상기 입력 신호 x(n)과 프리디스토션 신호 y(n) 및 상기 전력 증폭기의 출력 신호가 피드백되어 A/D 변환된 신호 z(n)을 입력 받아 프리디스토션 함수를 산출하여 상기 프리디스토션 모듈에 전달하는 프리디스토션 함수 산출 모듈을 포함하되,이 프리디스토션 함수 산출 모듈은, 상기 x(n), y(n), z(n)의 평균 파워 Px, Py, Pz를 산출하는 수단; 상기 x(n), y(n), x(n)의 평균 파워 Px, Py, Pz가 동일해지도록 상기 y(n), z(n)을 각각 y'(n), z'(n)으로 보정하는 수단; 보정된 값 y'(n), z'(n)에 의해 프리디스토션 함수를 산출하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선 통신 시스템.
- 제4항에 있어서,상기 y(n), z(n)은 각각 상수 C1, C2를 곱하여 y'(n), z'(n)으로 보정하되, 상기 C1 및 C2는 각각,및에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
- 삭제
- 신호의 업/다운 경로에서의 파워 레벨 변화량을 정확히 산출할 수 없는 전력 증폭 장치에 적용하기 위한, 프리디스토션을 이용한 전력 증폭 방법으로서,디지털 입력 신호 x(n)을 프리디스토션 함수를 이용하여 프리디스토션시켜서 y(n)을 출력하는 프리디스토션 단계,상기 프리디스토션 단계에 의해 프리디스토션된 신호 y(n)을 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환 단계,상기 D/A 변환 단계에 의해 D/A 변환된 신호를 업-컨버젼하여 무선 주파수로 변환시키는 업-컨버젼 단계,상기 무선 주파수로 변환된 신호를 증폭하여 출력하는 전력 증폭 단계,상기 전력 증폭 단계에서 출력되는 무선 주파수 신호중 일부를 피드백하여 그 주파수를 낮추는 다운-컨버젼 단계,다운-컨버젼된 신호를 밴드 패스 필터링하고, 이를 다시 디지털 신호 z(n)으로 변환하는 밴드 패스 필터링 및 A/D 변환 단계,상기 입력 신호 x(n)과 프리디스토션 신호 y(n) 및 상기 전력 증폭기의 출력 신호를 피드백하여 A/D 변환한 신호 z(n)을 입력 받아 프리디스토션 함수를 산출하여 상기 프리디스토션 모듈에 전달하는 프리디스토션 함수 산출 단계를 포함하되,상기 프리디스토션 함수 산출 단계는, 상기 x(n), y(n), z(n)의 평균 파워 Px, Py, Pz를 산출하는 단계; 상기 x(n), y(n), x(n)의 평균 파워 Px, Py, Pz가 동일해지도록 상기 y(n), z(n)을 각각 y'(n), z'(n)으로 보정하는 단계; 보정된 값 y'(n), z'(n)에 의해 프리디스토션 함수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 프리디스토션을 이용한 전력 증폭 방법.
- 제7항에 있어서,상기 y'(n)=C1y(n), z'(n)=C2z(n) 으로서, 상기 C1 및 C2는 각각,및(여기서, Px, Py, Pz는 각각 x(n), y(n), z(n)의 평균 파워임)인 것을 특징으로 하는 프리디스토션을 이용한 전력 증폭 방법.
- 삭제
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2003
- 2003-06-30 KR KR10-2003-0043651A patent/KR100509632B1/ko not_active IP Right Cessation
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