KR100836420B1 - 간섭신호 제거 시스템 - Google Patents

간섭신호 제거 시스템 Download PDF

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KR100836420B1
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김남윤
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명에 의한 간섭신호 제거 시스템은 수신신호의 위상을, 간섭신호 대역을 기준으로 천이시켜 다수개의 신호로 생성하고, 상기 신호들의 위상을 보상하며, 위상보상된 신호들을 합성하여 간섭신호를 제거하는 간섭신호 제거회로부; 상기 간섭신호 제거회로부로부터 수신신호를 전달받고, 수신신호의 위상을 감지하여 주파수 대역별 위상 차이에 따른 감지신호를 생성하는 위상감지부; 상기 간섭신호가 제거된 수신신호를 중간주파수신호로 변환하는 제1믹서부; 및 상기 감지신호에 따른 위상보상 제어신호를 생성하여 상기 간섭신호 제거회로부로 전달하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 의하면, 간섭신호의 대역을 기준으로 하여 수신신호의 위상을 차별화하고 위상을 보정하여 정확히 간섭신호만을 제거할 수 있으므로 수신신호를 안정적으로 복원/처리할 수 있고 통신 시스템간 간섭 없이 통신을 수행할 수 있으며, 태그의 인식거리, 수신감도, 인식률을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

간섭신호 제거 시스템{Terminating system of interference signal}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 간섭신호 제거 시스템의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 간섭신호 제거 시스템에 구성되는 간섭신호 제거회로부의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도.
도 3은 본 발명의 실시에에 따른 간섭신호 제거 시스템에 구성되는 간섭신호 제거회로부의 위상천이부가 벌룬회로로 구현된 형태를 예시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 간섭신호 제거 시스템에 구성되는 간섭신호 제거회로부에서 처리되는 신호의 형태를 예시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 간섭신호 제거 시스템에 구성되는 위상감지부의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 간섭신호 제거 시스템에 구성되는 위상감지부에 의하여 감지된 신호의 위상을 예시한 도면.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100: 간섭신호 제거 시스템 105: 안테나
110: 간섭신호 제거회로부 131: LNA
133: 수신필터 120: 제1믹서부
125: 복조부 130: 제어부
135: 위상동기회로부 140: 위상감지부
본 발명은 간섭신호를 제거하여 안정적으로 통신을 수행하는 시스템에 관한 것이다.
현재, 유비쿼터스(ubiquitous) 네트워크 기술이 많은 이들의 주목을 받고 있는데, 유비쿼터스 네트워크 기술이란 시간과 장소에 구애됨이 없이 다양한 네트워크에 자연스럽게 접속할 수 있도록 하는 기술을 의미한다.
이러한 유비쿼터스 네트워크 기술의 예로서 RFID 기술을 들 수 있으며, 일반적으로, RFID 시스템은 물품에 부착되어 세부정보가 내장된 태그, 태그의 정보를 RF통신을 이용하여 읽는 리더로 이루어진다. 태그는 리더가 위치되는 지역을 통과하며 RF통신을 이용하여 정보를 전달하게 되므로 상품의 유통, 조립, 가격 변동, 판매 등의 물류/유통 관리가 효율적으로 처리될 수 있는 기반을 제공한다.
한편, RFID 시스템은 ASK(Amplitude Shift keying) 변조 방식을 이용한 포락선 검파를 통하여 구현되는 것이 일반적이며, 종래의 설계 방식에 의하면, 송신단의 고전력 신호가 수신단으로 전달되어 혼변조(교차변조; Cross modulation) 현상을 일으키고 이는 DC offset 성분을 발생시킴으로써 데이터 인식률이 낮게 형성되는 단점이 있다.
특히, RFID 리더의 경우 고속으로 이동되는 태그를 대상으로 하기 때문에 전파 환경의 변화가 심하고, 외부의 환경 변화에 따라 수신 신호의 변화가 크게 발생되는데(예를 들어, 태그의 이동시 발생되는 태그 신호의 위상 변화 등), 특히 RFID 리더 간의 주파수 간섭 현상은 RFID 태그의 인식률에 큰 영향을 준다.
가령, 다수개의 RFID 리더가 설치된 지역에 많은 태그들이 존재하는 경우, 동일한 주파수 대역을 사용하는 태그 신호가 동시에 RFID 리더들로 수신될 수 있으며, 이러한 경우 태그 신호 사이에 간섭 현상이 발생되어 RFID 리더는 신호를 처리할 수 없게 되고 데이터 인식률이 더욱 낮아지는 문제점이 있다.
또한, 다른 RFID 리더의 송신 신호 또는 자신의 송신 신호가 RFID 리더의 수신단으로 전달되면, 송신 신호는 간섭 신호로 작용되어 태그(수신) 신호의 처리를 더욱 어렵게 할 수 있다.
그리고, 태그가 이동되는 경우, 에너지의 공급 위치도 변화되므로 이는 인식률을 저하시키는 요인이 되며, 수신감도 및 인식거리 역시 저하되는 문제점이 있다.
RFID 주파수는 125 KHz, 135 KHz와 같은 저주파(LF), 13.56 MHz와 같은 고주파(HF), 433 MHz, 900 MHz 대역의 극초단파(UHF), 2.45 GHz 대역의 마이크로파 등 다양한데, 안테나와 통신모듈을 저렴하고 작게 만들 수 있는 점, 인식 거리가 길고 다수의 태그를 구분할 수 있는 점 등의 장점으로 인하여 900 MHz 대역의 주파수가 널리 활용될 전망이다.
그러나, 900 MHz 대역의 주파수는 전체 주파수 대역폭이 좁고 캐리어 수가 적으므로, 송신 신호를 비롯한 외부 간섭신호의 영향 또는 상기 태그 신호들 사이의 간섭 현상이 더욱 치명적인 문제점으로 인식될 수 있다.
본 발명은 수신신호 사이의 간섭현상 또는 수신신호와 잡음성분신호 사이의 간섭현상을 제거(Cancel)하여 태그신호를 안정적으로 복원/처리할 수 있는 간섭신호 제거 시스템을 제공한다.
본 발명에 의한 간섭신호 제거 시스템은 수신신호의 위상을, 간섭신호 대역을 기준으로 천이시켜 다수개의 신호로 생성하고, 상기 신호들의 위상을 보상하며, 위상보상된 신호들을 합성하여 간섭신호를 제거하는 간섭신호 제거회로부; 상기 간섭신호 제거회로부로부터 수신신호를 전달받고, 수신신호의 위상을 감지하여 주파수 대역별 위상 차이에 따른 감지신호를 생성하는 위상감지부; 상기 간섭신호가 제거된 수신신호를 중간주파수신호로 변환하는 제1믹서부; 및 상기 감지신호에 따른 위상보상 제어신호를 생성하여 상기 간섭신호 제거회로부로 전달하는 제어부를 포함한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 간섭신호 제거 시스템에 대하여 상세히 설명하는데, 본 발명의 실시예에서 상기 간섭신호 제거 시스템은 다수의 태그와 통신을 수행하는 RFID 리더로서, UHF 대역 즉 900 MHz 대역의 캐리어 신호를 이용하는 것으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 간섭신호 제거 시스템(100)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 간섭신호 제거 시스템(100)은 안테나(105), 간섭신호 제거회로부(110), LNA(Low Noise Amplifier)(131), 수신필터(133), 제1믹서부(120), 복조부(125), 제어부(130), 위상동기회로부(135), 위상감지부(140)를 포함하여 이루어진다.
우선, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 간섭신호 제거 시스템(100)의 특징에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
상기 간섭신호 제거회로부(110)는 안테나(105)를 통하여 수신된 신호의 위상을, 간섭신호 대역을 기준으로 천이시키고, 수신신호와 위상천이신호의 위상을 보상하여 합성함으로써 간섭신호만이 제거되도록 한다.
여기서, 상기 간섭신호는 송신신호의 일부가 다시 수신되는 피드백 송신신호(Tx command signal)라고 할 수 있다.
즉, 상기 안테나(105)를 통하여 수신된 신호에는 태그신호와 간섭신호가 함께 존재하게 되는데, 이러한 수신신호의 위상을 간섭신호 대역을 기준으로 180°로 위상천이시키면 태그신호는 그대로 보존되고 간섭신호만이 180°의 위상차이를 가지게 된다.
따라서, 수신신호와 위상천이신호가 합성되면 태그신호는 보존되고 간섭신호는 상쇄되어 사라지게 된다.
그리고, 상기 위상감지부(140)는 상기 간섭신호 제거회로부(110)로부터 수신신호를 전달받고, 수신신호의 위상을 감지하여 주파수 대역별 위상 차이에 따른 감 지신호를 생성하는데, 이렇게 생성된 감지신호는 제어부(130)로 전달되고, 제어부(130)는 위상보상 제어신호를 생성한다.
상기 간섭신호 제거회로부(110)는 위상보상 제어신호를 이용하여 수신신호와 위상천이신호의 위상을 보상하여 동기화시키는데, 이렇게 동기화 과정을 거친 후 합성되어야 간섭신호가 정확하게 제거될 수 있다.
따라서, 상기 간섭신호 제거회로부(110)와 위상감지부(140)는 간섭신호를 제거하기 위하여 함께 동작되는 구성부라 할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 간섭신호 제거 시스템(100)의 각 구성부에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 간섭신호 제거 시스템(100)에 구성되는 간섭신호 제거회로부(110)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 상기 간섭신호 제거회로부(110)는 위상천이부(111), 제1PA(113), 제2PA(114), 제1신호합성부(116), 제1커플링부(115), 제2커플링부(117), 위상보상부(118), 제2신호합성부(119), 신호감지부(119a) 및 신호감쇄부(112)를 포함하여 구성된다.
상기 위상천이부(111)는 안테나(105)를 통하여 수신된 신호의 위상을 간섭신호의 대역을 기준으로 하여 180°로 위상천이시키는데, 스트립라인을 포함하는 위상천이(Phase shift)회로, 벌룬회로 등으로 구현가능하다.
도 3은 본 발명의 실시에에 따른 간섭신호 제거 시스템(100)에 구성되는 간섭신호 제거회로부(110)의 위상천이부(111)가 벌룬회로로 구현된 형태를 예시한 도 면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 간섭신호 제거 시스템(100)에 구성되는 간섭신호 제거회로부(110)에서 처리되는 신호의 형태를 예시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 위상천이부(111)가 커패시터, 저항 등의 소자가 병렬로 연결된 벌룬회로로 구현된 것을 볼 수 있는데, 0°의 위상을 가지는 간섭신호가 포함된 수신신호(이하, "수신신호"라 함)와 180°의 위상을 가지는 간섭신호가 포함된 수신신호(이하, "위상천이신호"라 함)를 각각 다른 라인으로 분기시킨다.
본 발명의 실시예에서, 위쪽의 라인으로는 수신신호가 전달되고, 아래쪽의 라인으로는 위상천이신호가 전달되는 것으로 하는데, 아래쪽의 라인이 메인 전력선의 역할을 한다고 볼 수 있다.
상기 위상천이신호는 제2PA(114)로 전달되어 합성 규격에 맞도록 증폭된다.
상기 수신신호 역시 제1PA(113)로 전달되어 증폭되고, 제1커플링부(115) 상에서 제1신호합성부(116)로 커플링된다.
상기 제1신호합성부(116)는 다양한 신호결합회로를 포함하여 구현될 수 있으며, 1차 신호 제거(Canceling)를 처리한다. 즉, 상기 제1신호합성부(116)는 상기 위상천이신호 및 상기 수신신호를 합성하여 간섭신호가 1차적으로 제거되도록 한다.
도 4의 (a) 도면에서, "a1"신호는 위쪽 라인을 통하여 분기된 수신신호의 태그신호이고, "a2"신호는 위쪽 라인을 통하여 분기된 수신신호의 간섭신호(가령, 피드백 송신신호)이다. (b) 도면에서, "a1"신호는 아래쪽 라인을 통하여 분기된 위상천이신호의 태그신호이고(태그신호는 위상천이되지 않으므로 위쪽 라인 상의 태그 신호와 실질적으로 동일한 신호로 간주될 수 있음), "b"신호는 위상천이신호의 간섭신호인데, 위상천이신호의 간섭신호 "b"만이 위상 반전되었음을 확인할 수 있다.
도 4의 (c) 도면의 신호는 (a) 도면의 신호(수신신호)와 (b) 도면의 신호(위상천이신호)가 합성된 결과를 도시한 것이며, 태그신호는 "c1"신호로서 보존되고 간섭신호 "c2"는 상쇄된 상태이다.
여기서, 수신신호의 간섭신호와 위상천이신호의 간섭신호가 상쇄되더라도 약간의 간섭신호 "c2"가 잔존하게 되는데, 잔존된 간섭신호 "c2"는 제2신호합성부(119)를 통하여 완전히 제거될 수 있다.
1차 합성 후의 출력신호, 즉 태그신호는 위상보상부(118)를 통하여 위상이 보상되고, 제2신호합성부(119)로 전달되어, 상기 신호감쇄부(112)에 의하여 감쇄되고 상기 제2커플링부(117)를 통과한 수신신호(태그신호 및 간섭신호가 존재하는 상태임)와 합성됨으로써 잔존하는 간섭신호가 2차 제거된다.
여기서, 상기 제2커플링부(117)를 통과한 수신신호는 제2커플링부(117)로 입력되는 수신신호에 비하여 위상이 변경된 신호이므로 상기 위상보상부(118)를 거친 태그 신호와 합성하여 간섭신호를 제거하기 위해서는 변경된 위상을 보상하여야 하며 따라서 제2커플링부(117) 및 제2신호합성부(119) 사이에 지연선로(A)가 형성된다.
상기 지연선로(A)는 일종의 페이즈 쉬프터로 기능되어 수신신호(위쪽 라인의 신호)의 위상을 조정한다. 즉, 상기 제2커플링부(117)의 입력신호와 출력신호 사이에는 위상에 차이가 발생되며, 상기 지연선로(A)는 상기 위상차를 조정하여 지연선 로(A)의 출력신호를 상기 제2커플링부(117)의 입력신호의 위상과 동기화시킨다(도 4의 (d)도면에 도시된 "d1", "d2" 신호임).
따라서 제2신호합성부(119) 상에서 위쪽 라인의 신호와 아래쪽 라인의 신호가 합성되면 최종적으로 태그신호만이 남게 된다.
한편, 상기 신호검출부(119a)는 제1신호합성부(116)에서 출력된 간섭신호(Tx command signal)의 레벨을 감지하여 제어부로 전달하고, 제어부는 전렉레벨 제어신호를 생성하여 신호감쇄부(112)로 전달한다.
상기 전력레벨 제어신호가 전달됨에 따라, 상기 신호감쇄부(112)는 제1커플링부(115)에서 출력된 신호의 간섭신호를 신호검출부(119a)에서 감지된 간섭신호의 전력 레벨과 같은 크기로 감쇄시킨다.
이와 같은 과정을 거쳐 간섭신호가 제거된 수신신호, 즉 태그신호는 LNA(131) 상에서 저잡음증폭되고, 수신필터(쏘우(SAW)필터로 구비될 수 있음)(133)에서 필터링된다.
상기 필터링된 태그신호는 제1믹서부(120)를 통하여 중간주파수신호로 변환되고, ADC(Analog to Digital Converter)를 포함하는 복조부(125)는 중간주파수신호를 디지털 신호로 변환한 후 제어부(130)로 전달한다.
상기 제1믹서부(120)의 제1믹서(122) 및 제2믹서(124)는 이중 혼합기로서, 제1믹서(122)는 90도의 위상차를 가지는 I 중간주파수신호(I+신호 및 I-신호)를 합성하고, 제2믹서(124)는 90도의 위상차를 가지는 Q 중간주파수신호(Q+신호 및 Q-신 호)를 합성한다.
이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 위상감지부(140) 및 이와 관련된 위상 보상 기능에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 간섭신호 제거 시스템(100)에 구성되는 위상감지부(140)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 간섭신호 제거 시스템(100)에 구성되는 위상감지부(140)에 의하여 감지된 신호의 위상을 예시한 도면이다.
도 5에 의하면, 상기 위상감지부(140)는 제2믹서부(142), 위상감지회로(144)를 포함하여 이루어지는데, 상기 제2믹서부(142)는 간섭신호 제거회로부(110)의 제2커플링부(117)와 연결되고, 위상동기회로부(135)에 포함된 국부발진회로(LO; Local Oscillator)와 연결된다.
상기 제2커플링부(117)는 제1커플링부를 통과한 수신신호(태그신호와 간섭신호가 여전히 존재하는 상태임)를 커플링시켜 제2믹서부(142)로 전달하고, 상기 제2믹서부(142)는 커플링된 신호를 국부발진신호와 혼합하여, 도 6에 도시된 것처럼 중간주파수신호로 변환한다.
이렇게 중간주파수신호로 변환하는 것은, 위상 감지(Phase detecting)가 고주파신호의 상태보다 수월하게 처리될 수 있기 때문이다.
상기 제1커플링부(115)와 제2커플링부(117)는, 가령 신호 분리 기능이 좋은 브랜치 라인 결합기로 구비될 수 있다.
상기 위상감지회로(144)는 수신신호 상에 존재하는 신호 성분(도 6의 각 화 살표에 대응됨) 사이의 위상을 감지하여 해석 가능한 디지털 신호로 코딩하고, 제어부(130)는 이를 전달받아 신호 성분 사이의 위상 차이를 계산한다.
상기 제어부(130)는 계산 결과에 따라 동기화에 필요한 위상보상 제어신호를 생성하고 제어신호를 간섭신호 제거회로부(110)의 위상보상부(118)로 전달한다.
따라서, 상기 위상보상부(118)는 전달된 수신신호 및 위상천이신호 사이의 위상을 정밀히 동기화시키고, 두 신호에 존재하는 간섭신호는 동일한 위상 영역에서 상쇄될 수 있다.
상기 제어부(130)는 통신 프로토콜을 구비하여 태그와의 무선 통신을 제어하고, 디지털 신호를 해석하여 태그정보를 메모리에 저장하여 관리한다.
또한, 상기 제어부(130)는 태그로부터 수신된 기기식별정보의 코드를 분석하는데, 이때 데이터 포맷을 변환하고 필요한 정보를 추출하기 위하여 필터링 연산을 처리한다. 상기 제어부(130)는 FPGA(Field Programmable Gate Array)회로나 DSP(Digital Signal Processing)회로를 이용하여 구현가능하다.
이상에서 본 발명에 대하여 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 의한 간섭신호 제거 시스템에 의하면, 간섭신호의 대역을 기준으로 하여 수신신호의 위상을 차별화하고 위상을 보정하여 정확히 간섭신호만을 제거할 수 있으므로 수신신호를 안정적으로 복원/처리할 수 있고 통신 시스템간 간섭 없이 통신을 수행할 수 있으며, 태그의 인식거리, 수신감도, 인식률을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 동일한 채널 혹은 인접 채널을 사용하는 다수개의 통신 시스템을 사용하는 경우 시스템의 배치 자유도가 확보되고, 다수개의 통신 시스템을 제어하기 위하여 복잡한 통제 시스템을 구비할 필요가 없게 되는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 수신신호의 위상을, 간섭신호 대역을 기준으로 천이시켜 다수개의 신호로 생성하고, 상기 신호들의 위상을 보상하며, 위상보상된 신호들을 합성하여 간섭신호를 제거하는 간섭신호 제거회로부;
    상기 간섭신호 제거회로부로부터 수신신호를 전달받고, 수신신호의 위상을 감지하여 주파수 대역별 위상 차이에 따른 감지신호를 생성하는 위상감지부;
    상기 간섭신호가 제거된 수신신호를 중간주파수신호로 변환하는 제1믹서부; 및
    상기 감지신호에 따른 위상보상 제어신호를 생성하여 상기 간섭신호 제거회로부로 전달하는 제어부를 포함하는 간섭신호 제거 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 간섭신호 제거회로부는
    상기 수신신호의 위상을 천이시키고, 수신신호 및 위상천이신호를 각각 다른 라인으로 분기시키는 위상천이부; 및
    상기 수신신호 또는 위상천이신호를 해당 라인으로부터 커플링시키는 커플링부; 및
    상기 커플링된 신호를 역위상을 가지는 다른 라인의 신호와 합성하여 간섭신호가 제거된 신호로 생성하는 제1신호합성부를 포함하는 간섭신호 제거 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1신호합성부에서 출력되는 간섭신호의 전력 레벨을 감지하여 감지신호를 생성하는 신호검출부; 및
    상기 커플링부에서 출력된 신호의 간섭신호를 상기 신호검출부에서 감지된 간섭신호의 전력레벨 크기로 감쇄시키는 신호감쇄부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 감지신호를 전달받아 전력레벨 제어신호를 생성하고, 상기 전력레벨 제어신호를 상기 신호감쇄부로 전달하는 간섭신호 제거 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 위상천이부의 분기 라인에 적어도 하나 이상 연결되는 전력증폭기를 포함하는 간섭신호 제거 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 커플링부를 통과한 신호 및 상기 제1신호합성부의 출력신호를 합성하여 잔여 간섭 신호가 제거된 신호로 생성하는 제2신호합성부를 포함하는 간섭신호 제거 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1신호합성부 및 상기 제2신호합성부 사이에 연결되고, 상기 위상보상 제어신호에 의하여 상기 커플링부를 통과한 신호 및 상기 제1신호합성부의 출력신 호 사이의 위상을 보상하는 위상보상부를 포함하는 간섭신호 제거 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 간섭신호 제거회로부는 수신신호를 커플링시키는 커플링부를 포함하고,
    상기 위상감지부는 상기 커플링된 수신신호를 중간주파수신호로 변환하는 제2믹서부; 및 상기 제2 믹서부에 의하여 변환된 중간주파수신호의 위상을 감지하여 주파수 대역별 위상 차이에 따른 감지신호를 생성하는 위상감지회로를 포함하는 간섭신호 제거 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 간섭신호 제거회로부는
    간섭신호 대역을 기준으로 상기 수신신호와 180°의 위상 차이를 가지는 위상천이신호를 생성하는 간섭신호 제거 시스템.
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