KR100538986B1 - 진폭-위상보정회로,수신장치및송신장치 - Google Patents

진폭-위상보정회로,수신장치및송신장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의하면, 다중 반송파(multi-carrier) 신호를 송신할 때 행해지는 처리 시에 위상 편차(deviation)를 방지할 수 있게 된다. 다중 반송파 신호는 필터(103)에서 필터링되며, 그후 고속 푸리에(Fourier)변환을 행하여 기호계열 데이터를 생성하게 된다. 기호계열 데이터로써 얻어진 신호의 진폭 및 위상이 보정된다. 그러한 진폭-위상 보정회로(211)는, 그 통과대역에서의 필터링의 진폭특성과 위상특성에 의해 발생되는 신호의 변화량을 상쇄하기 위한 보정값을 저장하기 위한 보정값 저장수단과, 상기 보정값 저장수단에 저장된 값과 고속 푸리에 변환의 출력값을 곱하기 위한 곱셈수단을 갖추어 구성된다.

Description

진폭-위상 보정회로, 수신장치 및 송신장치
본 발명은 다중 반송파 신호를 이용하여 통신을 행하는 경우 변조/복조처리에 적합한 진폭-위상 보정회로에 관한 것이며, 또한 그러한 보정회로를 이용하는 수신장치 및 송신장치에 관한 것이다.
다중 반송파(multi-carrier) 신호라 불리는 신호를 이용하는 통신 시스템이 존재하고 있다. 이러한 시스템에서는, 다수의 반송파(carrier)가 동시에 송신되고, 각 반송파에 정보를 분배하여 통신을 행하게 되므로, 효과적인 송신을 행할 수 있게 된다. 그러한 다중 반송파 신호를 이용하는 송신 시스템의 하나로써, 본 출원인은 직교 주파수 분할 멀티플렉서(OFDM)파로 불리는 구성의 신호를 이용하는 송신 시스템을 제안했었다(일본 특허 공개 공보 제 8-132434 등). 이러한 송신 시스템에서는, 소정 시간을 하나의 단위로 취급함으로써 타임슬롯을 구성한다. 또한, 주파수축 상에 분할된 밴드슬롯을 상기 타임슬롯 내에 규정한다. 소정 수의 밴드슬롯을 이용함으로써 하나의 밴드슬롯 간격에 위치하게 되는 다수의 반송파 신호를 동시에 송신하는 처리를, 소정 타임슬롯 주기에 행한다.
도 1은 종래의 이러한 OFDM파의 수신회로의 구성예를 나타내는 도면이다. 안테나 또는 증폭기(이들은 도시되지 않음)로부터 공급된 신호(106)가 다운 컨버터(102)에서 주파수 변환처리되어서, 중간주파 신호 또는 베이스밴드 신호를 생성하게 된다. 주파수 변환된 신호(107)는 로패스 필터(low-pass filter)(103)에 공급되고, 여기서 반송파 성분 등이 제거됨으로써 다중 반송파 신호인 OFDM파(108)를 생성하게 된다. 이 OFDM파(108)는 특정 반송파 간격(예를들어 상기 설명된 밴드슬롯 간격)에 신호가 포함되는 다중 반송파 신호이다.
OFDM파(108)는 아날로그/디지털 변환기(104)에서 디지털 신호로 변환된다. 변환된 데이터는 고속 푸리에(Fourier) 변환회로(이하 FFT라 칭함)(105)에 공급된다. 아날로그/디지털 변환기(104)에서, 반송파 수의 2배의 오버샘플링(oversampling)이 행해진다. FFT(105)는 시계열에 형성된 입력신호(109)를 주파수열 상의 신호(110)로 변환하기 위한 처리를 행한다. 주파수열 상의 신호(110)는 신호선택회로(101)에 의해 선택된다. 아날로그/디지털 변환기(104)에서 2배의 오버샘플링이 행해지기 때문에, FFT(105)로부터의 출력 중 1/2의 반송파를 포함하는 정보를 선택하는 처리를 행한다. 이렇게 선택된 신호(111)는 수신된 기호계열(symbol sequence)로써 이용된다.
도 2a 내지 도 2e에는 도 1의 회로에 의해 수신된 신호의 상태를 나타낸다. 도 2a 내지 도 2e에 있어서, 도 2a는 이상적인 상태에서 FFT(105)에 입력되어야 하는 신호의 실수부 값의 파형, 허수부 값의 파형, 진폭 및 위상을 나타낸다. QFDM파는 QPSK변조처리된다고 가정한다. 이 경우, 각 반송파의 진폭은 서로 동일하며, 송신되는 정보와 무관하게 4단계의 위상 (3/4π, 1/4π, -1/4π, -3/4π)이 존재한다. 4단계 이외의 위상값은 존재하지 않는다.
그러나, 도 2b에 도시된 바와같이 그러한 통과대역에서 로패스 필터(103)의 진폭특성에는 불균일이 발생한다. 또한, 도 2b에 도시된 바와같이 위상이 회전한다. 일반적으로, 필터의 통과대역과 차단 대역의 라이징 에지(rising edge)가 샤프할수록, 필터의 통과대역 특성에 있어서의 진폭 및 위상에서의 변화가 더욱 현저하게 발생한다.
그 결과 로패스 필터(103)를 통과한 후 FFT회로(105)에 입력된 실제 신호는, 도 2c에 도시된 바와같이 진폭이 일정하지 않으며 위상에 대해서도 4단계 이외의 위상값이 존재하는 신호가 된다. 만일 이 신호가 아날로그/디지털 변환기(104)에서 2배의 오버샘플링 처리된다고 가정한다면, 이 신호는 도 2d에 도시된 바와같이 된다. 도 2e에 도시된 바와같이, 신호선택회로(101)에 의해 선택된 신호는 도 2a에 도시된 이상적인 신호와 상당히 다르다.
만일 그러한 신호 변화가 존재한다면, 송신된 정보를 정확하게 수신할 수 없게 된다. 특히, 다중 반송파 신호로써 각 반송파 간의 위상차를 이용하는 정보를 송신하는 통신을 행하는 경우, 악영향이 현저하게 나타나게 된다.
상기 설명에서의 신호파의 진폭 및 위상은, 수신회로에서 신호파를 실수부 성분과 허수부 성분의 형태로 취급함으로써 표현된다. 그러할 경우 행해지는 표현의 변환은, 진폭을 r로, 위상을 θ로, 실수부 성분을 re로, 허수부 성분을 im으로 나타낼 때, re＝r cos θ, im＝r sin θ가 된다.
상기의 문제점을 고려해서, 본 발명의 목적은, 다중 반송파 신호를 송신하는 경우의 처리시에 위상차(phase shift)을 방지하는 것이다.
본 발명의 제 1관점에 의하면, 다중 반송파 신호인 직교 주파수 분할 멀티플레석(OFDM)파를 이용하여 통신을 행하는 장치의 보정방법은, 다운 컨버터에서 주파수 변환된 아날로그 신호가 로패스 필터를 통과하는 아날로그 단계와, 상기 아날로그 단계의 출력신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환단계와, 상기 아날로그/디지털 변환단계의 출력신호를 소정의 포맷 신호로 변환하기 위해 푸리에(Fourier) 변환을 행하는 디지털 단계와, 상기 디지털단계의 출력 디지털 신호에 대해서 미리 저장된 값과 보정될 신호의 곱셈을 행함으로써 상기 로패스 필터의 진폭 및 위상특성을 보정하기 위한 보정단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2관점에 의하면, 직교 주파수 불할 멀티플렉서(OFDM)파를 이용하여 통신을 행하는 장치를 갖춘 신호처리장치는, 다운 컨버터에서 주파수 변환된 아날로그 신호를 공급받는 로패스 필터와, 상기 로패스 필터의 출력신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환수단과, 상기 아날로그/디지털 변환수단의 출력신호를 소정 포맷 신호로 변환하기 위해 푸리에 변환을 행하는 디지털 변환수단과, 상기 디지털 변환수단의 출력신호에 대해서 미리 저장되 값과 보정될 신호의 곱셈을 행함으로써 상기 로패스 필터의 진폭 및 위상특성을 보정하기 위한 보정 수단을 포함하여 구성된다.
본 발명의 제 3관점에 의하면, 직교 주파수 분할 멀티플렉서(OFDM)파 신호의 수신장치는, 수신된 OFDM파의 신호를 공급받는 로패스 필터와, 상기 로패스 필터의 출력신호를 디지틸 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환수단과, 상기 아날로그/디지털 변환수단의 출력신호를 소정 포맷 신호로 변환하기 위한 푸리에 변환을 행하는 디지털 변환수단과, 상기 디지털 변환수단의 출력신호에 대해서 미리 저장 값과 보정될 신호의 곱셈을 행함으로써 상기 로패스 필터의 진폭 및 위상특성을 보정하기 위한 보정 수단을 포함하여 구성된다.
이하에는 도 3 내지 도 6을 참고해서 본 발명의 일 실시예를 설명한다. 도 3 내지 도 6에서, 종래 기술의 일예로써 설명된 도 1 및 도 2a 내지 도 2e에 대응하는 구성 부분은 동일한 도면부호로 표시할 것이며, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 예의 수신회로의 구성을 나타내는 도면이다. 안테나 또는 증폭기로부터 공급된 신호(106)는 다운 컨버터(102)에서 주파수 변환되어서 중간주파 신호 또는 베이스밴드 신호를 생성한다. 그로부터의 주파수변환된 신호(107)는 로패스 필터(103)에 공급된다. 로패스 필터에서, 반송파 성분 등이 제거됨으로써 다중 반송파 신호인 OFDM파(108)를 생성하게 된다. 이 OFDM파(108)는 특정 반송파 간격(예를들어 상기 설명된 밴드슬롯 간격)에 신호를 포함하는 다중 반송파 신호이다.
OFDM파(108)는 아날로그/디지털 변환기(104)에서 디지털 신호로 변환된다. 변환된 데이터는 FFT회로(105)에 공급된다. 아날로그/디지털 변환기(104)에서, 반송파 수의 2배의 오버샘플링이 행해진다. FFT(105)는 시계열로 형성된 입력신호(109)를 주파수열 상의 신호(110)로 변환하기 위한 처리를 행한다. 주파수열 상의 신호(110)는 신호선택회로(101)에 의해 선택되어서 선택신호(111)를 생성하게 된다. 신호 선택 회로에서는, FFT(105)의 출력의 1/2 반송파에 포함되는 정보를 선택하는 처리를 행한다. 지금까지의 구성은 도 1에 도시된 종래 수신회로의 구성과 동일하다.
본 예에서, 신호선택회로(101)에 의해 출력된 신호(111)는 진폭-위상 보정회로(211)에 공급되어, 진폭 및 위상이 보정된 신호(212)를 생성하게 된다. 진폭-위상 보정회로(211)에 의해 출력된 신호(212)는 수신된 기호로써 이용된다.
진폭-위상 보정회로(211)의 구성은 도 4에 도시된다. 진폭-위상 보정회로(211)는 보정값 저장메모리(301)와 곱셈기(302)를 포함하여 구성된다. 보정값 저장메모리(301)는, 정보를 포함하는 반송파 주파수에서 진폭특성 및 위상특성을 상쇄하기 위해서 로패스 필터(103)의 진폭특성 및 위상특성으로부터 미리 산출된 값을 저장한다. 신호선택회로(101)에 의해 출력된 신호인 각 기호는 곱셈기(302)에 공급되고, 보정값 저장메모리(301)에 저장되어 있던 진폭-위상 보정값과 곱해진다. 진폭-위상 보정회로(211)에서의 처리에 의해서, FFT(105)에 의해 이상적으로 출력되어야 하는 기호계열이 출력된다.
보정값 저장메모리(301)에 저장된 보정값에 대해서, 각 반송파의 각 주파수 위치마다 적절한 보정값이 저장된다. 해당하는 주파수 위치의 반송파를 변환함으로써 얻어지는 신호를 생성할 때, 해당하는 보정값이 메모리(301)로부터 독출되고, 그 신호는 상기 보정값과 곱해진다. 이 경우, 곱셈기(302)로의 입력신호, 출력신호 및 보정값 각각은 실수부 성분과 허수부 성분을 갖춘 복소수의 신호이다. 곱셈으로써는 복소수의 곱셈이 행해진다.
도 5a 내지 도 5c는 상기 실시예의 회로에 의해 행해지는 처리를 나타내는 도면이다. 이하에서는, 도 5a에 도시된 바와같이 2배로 오버샘플링된 기호계열이 신호(110)로써 FFT(105)로부터 출력된다고 가정한다. 신호선택회로(101)에 의해 선택된 신호(111)는 1/2로 솎아서 성기어진 신호가 된다(도 5b에 도시된 바와같이 중앙에 위치한 샘플 점들 만이 취출된다). 진폭-위상 보정회로(211)에서 행해진 보정값과의 곱셈의 결과의 신호로써, 도 5c에 도시된 바와같이 각 주파수에서 일정 진폭 및 소정의 유한값의 위상을 갖는 이상적인 기호계열이 얻어진다.
이하에는 보정값 저장메모리(301)에 저장된 보정값을 계산하는 처리에 대해서 도 6a 내지 도 6e를 참고하여 설명한다. 우선, 이하에서는 로패스 필터(103)의 진폭-위상 특성이 도 6a에 도시된 특성이라고 가정한다. 여기서, 로패스 필터(103)의 진폭특성 및 위상특성을 상쇄하는 (예를들어 이들 특성을 평탄케 하는) 특성을 추론한다. 도 6b에는, 도 6a의 특성에 대응하는 로패스 필터(103)의 진폭특성 및 위상특성을 상쇄하는 특성이 도시된다. 진폭-위상 보정회로(211)는 도 6b에 도시된 특성을 갖기만 하면 충분하다. 실제적인 기호계열은 실수부 성분과 허수부 성분으로 구성된다. 그러므로, 도 6c에 도시된 바와같이, 도 6b의 특성은 실수부 성분과 허수부 성분으로 표시된다. 반송파가 존재하는 위치에서 실수부 성분과 허수부 성분의 각각의 샘플링값이 메모리(301)에 저장된다. 도 6d에 도시된 바와같은 기호계열이 진폭-위상 보정회로(211)에 입력되면, 도 6e에 도시된 바와같은 보정된 값으로써 이상적인 신호가 얻어진다.
상기 설명된 바와같이, FFT 다음에 접속된 진폭-위상 보정회로로의 입력신호와, 로패스 필터의 특성과 역의 특성을 반영하기 위해서 미리 계산된 값과 곱한다. 이렇게 함으로써, 로패스 필터의 통과대역에서 위상의 회전과 진폭의 편차를 억제할 수 있다. 더욱이, 신호선택회로(101)에 의해 취출된 점들에 대해서는, 아날로그/디지털 변환기(104)에서 행해지는 오버샘플링이 행해지기만 하면 된다. 그것은 상기에 설명된 바와같이 1/2 및 2배로 한정되지 않으며, 1/3 및 3배 또는 1/4 및 4배를 이용해도 좋다. 더욱이, 아날로그/디지털 변환기(104)에서의 오버샘플링을 행하는 대신에, 신호선택회로(101) 내의 생략된 회로구성에서 그에 대응하는 처리를 행해도 좋다.
이하에는 본 발명의 다른 실시예에 대해서 도 7을 참고하여 설명한다. 이 예는 다중 반송파 신호인 OFDM파의 송신회로에 적용되는 일예에 해당한다. 그 구성에 대해서는 이하에 설명한다. 송신된 기호계열(406)은 진폭-위상 보정회로(411)에 의해서 진폭 및 위상이 보정된 신호(407)로 변환된다. 그 신호(407)는 다중 반송파 신호로의 변환을 위해서 역 고속 푸리에 변환회로(IFFT)(405)에 공급된다. 따라서 주파수축 상에 배열된 기호계열의 신호(407)는 시간축 상에 배열되는 불연속 신호인 다중 반송파 신호(408)로 변환된다. 이 다중 반송파 신호(408)는 디지털/아날로그 변환기(404)에 의해 신호(409)로 변환된다. 그후, 그 신호는 로패스 필터(403)에 공급된다. 이 로패스 필터(403)의 출력(410)은 업 컨버터(402)에 공급됨으로써, 반송파에서 변조되어서 송신신호(412)를 생성하게 된다. 송신신호(412)는 안테나(도시생략)로부터 무선송신된다.
진폭-위상 보정회로(411)에 저장된 진폭 및 위상의 보정값은 로패스 필터(403)의 특성을 보정하기 위한 값이다. 그러한 구성에 의해서, 로패스 필터(403)의 출력신호는, 송신될 기호계열에 대한 송신처리를 이상적으로 행함으로써 얻어지는 OFDM파이다.
상기 설명된 각각의 실시예에서, 진폭-위상 보정회로에서 보정의 대상은 로패스 필터의 통과대역 특성이다. 만일 그 특성이 미리 알려져 있고 그 특성이 변화하지 않는다면, 다른 회로의 진폭 및 위상도 보정할 수 있다.
본 발명의 진폭-위상 보정회로에 의하면, 필터의 필터링 시에 진폭 및 위상에서의 편차(deviation)를 보정할 수 있다. 그러므로, 송신되는 신호인 다중 반송파 신호에 포함된 정보를 정확하게 송신하게 되며, 따라서 보다 우수한 통신을 행할 수 있게 된다.
특히 이 경우에 다중 반송파 신호로써, 각 반송파 간의 위상차를 정보로써 송신하는 신호를 취급함으로써, 위상차를 이용하는 정보가 정확하게 송신된다. 따라서, 다중 반송파 신호의 위상차를 이용하는 보다 우수한 통신을 행할 수 있게 된다.
본 발명의 수신장치에 의하면, 수신된 신호가 필터에 의해 필터링될 때의 진폭과 위상의 편차가 보정되어진 수신 기호를 얻을 수 있다. 따라서, 다중 반송파 신호에 포함된 정보가 정확하게 수신될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이 경우 특별히 수신된 다중 반송파 신호로써, 각 반송파 간의 위상차를 정보로써 송신하는 신호를 수신함으로써, 위상차를 이용하는 정보가 정확하게 수신될 수 있다. 따라서, 다중 반송파 신호의 위상차를 이용하는 보다 양호한 통신이 행해질 수 있다.
더욱이, 본 발명의 송신장치에 의하면, 송신될 신호가 필터에 의해 필터링될 때 진폭 및 위상에서 발생하는 편차를 미리 보정할 수 있다. 그러므로, 송신될 다중 반송파 신호에 포함된 정보에는, 필터의 영향에 의해 야기되는 진폭 및 위상에 있어서의 편차가 발생되지 않게 된다. 따라서, 보다 우수한 신호를 송신할 수 있는 효과를 얻게 된다.
특히 이 경우에 송신될 다중 반송파 신호로써, 각 반송파 간의 위상차를 정보로써 송신하는 신호를 송신함으로써, 위상차를 이용하는 정보가 정확하게 송신될 수 있다. 따라서 다중 반송파 신호의 위상차를 이용하는 보다 우수한 통신을 행할 수 있게 된다.
상기에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도면을 참고하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에 한정된 본 발명의 진의 및 범위에서 벗어나지 않는 한 본 기술 분야의 기술자에 의한 다양한 변경 및 수정이 행해질 수 있음은 물론이다.
도 1은 종래 수신회로의 구성 일예를 나타내는 블록도이다.
도 2a 내지 도 2e는 도 1에 도시된 상기 수신회로에 의해 행해지는 처리예에 의해 얻어지는 파형을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신회로 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 상기 실시예의 진폭-위상 보정회로를 나타내는 블록도이다.
도 5a 내지 도 5c는 상기 실시예에 따라 수신된 신호의 파형을 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6e는 상기 실시예에 따른 진폭-위상 보정처리 상태를 설명하기 위해 이용되는 파형도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 송신회로구성을 나타내는 블록도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호설명
102. 다운 컨버터
103. 로패스 필터(LPF: Low-Pass Filter)
104. 아날로그/디지털 변환기(ADC) 105. 고속 푸리에 변환회로(FFT)
101. 신호선택회로 211. 진폭-위상 보정회로
301. 보정값 보정메모리 302. 곱셈기
411. 진폭-위상 보정회로 405. 역 고속 푸리에 변환회로(IFFT)
404. 디지털/아날로그 변환기(DAC) 403. 로패스 필터
402. 업 컨버터

Claims (5)

  1. 직교 주파수 분할 멀티플렉서(OFDM)파를 이용하여 통신을 행하는 장치의 보정방법에 있어서,
    다운 컨버터에서 주파수 변환된 아날로그 신호가 로패스 필터를 통과하는 로패스 필터링 단계와,
    상기 로패스 필터링 단계의 출력신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환단계와,
    상기 아날로그/디지털 변환단계의 출력신호를 소정의 포맷 신호로 변환하기 위해 푸리에(Fourier) 변환을 행하는 푸리에 변환단계와,
    상기 푸리에 변환단계에서 출력된 디지털 신화와 상기 로패스 필터의 진폭 및 위성특성에 의거하여 미리 저장된 보정값의 곱셈을 행함으로써 상기 로패스 필터를 통과할 때 발생된 진폭 및 위상의 엇갈림을 보정하기 위한 보정단게를 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 멀티플레서(OFMD)파를 이용하여 통신을 행하는 장치의 보정방법.
  2. 직교 주파수 분할 멀티플렉서(OFDM)파를 이용하여 통신을 행하는 장치를 갖춘 신호처리장치에 있어서,
    다운 컨버터에서 주파수 변환된 아날로그 신호를 공급받는 로패스 필터와,
    상기 로패스 필터의 출력신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환수단과,
    상기 아날로그/디지털 변환수단의 출력신호를 소정 포맷 신호로 변환하기 위해 푸리에 변환을 행하는 푸리에 변환수단과,
    상기 푸리에 변환수단에서 출력신호와 상기 로패스 필터의 진폭 및 위상특성에 의거하여 미리 저장된 보정값의 곱셈을 행함으로써 상기 로패스 필터를 통과할 때 발생된 진폭 및 위상의 엇갈림을 보정하기 위한 보정수단을 포함하며,
    상기 보정수단은 보정값을 미리 저장하기 위한 저장수단과, 상기 보정값을 보정될 신호와 곱하기 위한 곱셈수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 멀티플렉서(OFDM)파를 이용하여 통신을 행하는 장치를 갖춘 신호처리장치.
  3. 직교 주파수 분할 멀티플렉서(OFDM)파 신호의 수신장치에 있어서,
    수신된 OFDM파의 신호를 공급받는 로패스 필터와,
    상기 로패스 필터의 출력신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환수단과,
    상기 아날로그/디지털 변환수단의 출력신호를 소정 포맷 신호로 변환하기 위해 푸리에 변환을 행하는 푸리에 변환수단관,
    상기 푸리에 변환수단의 출력신호와 상기 로패스 필터의 진폭 및 위상 특성에 의거하여 미리 저장된 보정값의 곱셈을 행함으로써 상기 로패스 필터의 진폭 및 위상의 엇갈림을 보정하기 위한 보정 수단을 포함하며,
    상기 보정수단은 보정값을 미리 저장하기 위한 저장수단과, 상기 보정값을 보정될 신호와 곱하기 위한 곱셈수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 멀티플렉서(OFDM)파 신호의 수신장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 OFDM파 신호는 각 부 반송파(sub-carrier) 간의 위상차로 변조된 정보인 것을 특징으로 하는 수신장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 보정값은 실수부와 허수부로 이루어지며, 상기 곱셈수단은 복소수 곱셈을 행하는 것을 특징으로 하는 수신장치.
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