KR101374716B1 - Ｄｒｍ＋ 방송 수신 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 DRM+ 방송 수신 장치에 대하여 개시한다. 본 발명의 일면에 따른 DRM+ 방송 수신 장치는, FM 주파수 대역으로 송신된, 선국 채널의 DRM+ 방송 신호를 수신하여 증폭 및 아날로그 IF 신호로 변환하는 FM 튜너; 제1 샘플링 주파수에 맞춰 상기 아날로그 IF 신호를 디지털 변환하여 IF 데이터를 출력하는 아날로그 디지털 변환부; 상기 제1 샘플링 주파수에 맞춰 상기 IF 데이터를 주파수 하향변환하여 기저대역의 제1 데이터를 출력하는 디지털 믹서; 상기 제1 데이터를 상기 제1 샘플링 주파수에 대비하여 기설정된 정수 배의 제2 샘플링 주파수만큼 다운 샘플링하고, 저주파 필터링하여 DRM+ 규격의 대역폭을 갖는 제2 데이터를 출력하는 다중위상필터(Poly Phase Filter); 및 기추정된 샘플링 주파수 옵셋을 고려하여 상기 제2 데이터를 기설정된 소수 배만큼 다운 샘플링하여 베이스밴드 로직의 샘플링 주파수(제3 샘플링 주파수)에 대응하는 제3 데이터를 출력하는 임의 주파수 변환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＤＲＭ＋ 방송 수신 장치{Appratus for Receiving Digial Radio Mondial Plus Broadcasting}
본 발명은 디지털 라디오 방송 수신기에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 인접 간섭 신호 및 잡음에 의한 성능 영화를 줄일 수 있는 DRM+ 방송 수신 장치에 관한 것이다.
2009년 8월, DRM 최신 규격이 정식 배포됨에 따라 DRM+가 DRM Robustness 모드 E로 편입되었다.
DRM+(Digial Radio Mondial Plus, DRM Robustness Mode E)는 47MHz~174MHz(주파수 대역 Ⅰ~Ⅱ)의 100kHz 대역폭에서 최대 185kbps 전송률을 제공한다. 따라서, 많은 국가들이 DRM+를 아날로그 FM 방송을 대체할 디지털 라디오 규격으로 고려하고 있다.
그런데, 아직까지 DRM+를 지원가능한 튜너는 거의 없으며, 있더라도 개발 초기 제품이어서 고가일 것으로 예상된다.
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, FM 튜너를 이용하여 DRM+ 방송 신호를 수신할 수 있는 DRM+ 방송 수신 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 FM 튜너의 출력 신호를 디지털 변환하여 표본화율 및 대역폭을 조절함에 따라 DRM+ 규격에 맞는 신호를 얻어낼 수 있는 DRM+ 방송 수신 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일면에 따른 DRM+ 방송 수신 장치는, FM 주파수 대역으로 송신된, 선국 채널의 DRM+ 방송 신호를 수신하여 증폭 및 아날로그 IF 신호로 변환하는 FM 튜너; 제1 샘플링 주파수에 맞춰 상기 아날로그 IF 신호를 디지털 변환하여 IF 데이터를 출력하는 아날로그 디지털 변환부; 상기 제1 샘플링 주파수에 맞춰 상기 IF 데이터를 주파수 하향변환하여 기저대역의 제1 데이터를 출력하는 디지털 믹서; 상기 제1 데이터를 상기 제1 샘플링 주파수에 대비하여 기설정된 정수 배의 제2 샘플링 주파수만큼 다운 샘플링하고, 저주파 필터링하여 DRM+ 규격의 대역폭을 갖는 제2 데이터를 출력하는 다중위상필터(Poly Phase Filter); 및 기추정된 샘플링 주파수 옵셋을 고려하여 상기 제2 데이터를 기설정된 소수 배만큼 다운 샘플링하여 베이스밴드 로직의 샘플링 주파수(제3 샘플링 주파수)에 대응하는 제3 데이터를 출력하는 임의 주파수 변환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 면에 따른 DRM+ 방송 수신 방법은, FM 튜너가 FM 주파수 대역으로 송신된, 선국 채널의 DRM+ 방송 신호를 수신하여 증폭 및 아날로그 IF 신호로 변환하는 단계; 아날로그 디지털 변환기가 제1 샘플링 주파수에 맞춰 상기 아날로그 IF 신호를 디지털 변환하여 IF 데이터를 출력하는 단계; 디지털 믹서가 상기 제1 샘플링 주파수에 맞춰 상기 IF 데이터를 주파수 하향 변환하여 기저대역의 제1 데이터를 출력하는 단계; 다중위상필터가 상기 제1 데이터를 상기 제1 샘플링 주파수에 대비하여 기설정된 정수 배인 제2 샘플링 주파수만큼 다운 샘플링하고, 저주파 필터링하여 DRM+ 규격의 대역폭을 갖는 제2 데이터를 출력하는 단계; 및 임의 주파수 변환기가 상기 제2 데이터를 기설정된 소수 배만큼 다운 샘플링하여 베이스밴드 로직의 샘플링 주파수에 대응하는 제3 데이터를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, FM 튜너 및 디지털 신호처리 모듈을 이용하여 DRM+ 규격에 맞는 신호를 얻어낼 수 있어, 비교적 간단하고, 구현 가격이 낮은 DRM+ 튜너를 제공할 수 있다.
본 발명은 종래의 FM 라디오 모듈의 FM 튜너와 베이스밴드 사이의 회로에 쪽 PCB를 추가함에 따라 용이하게 구현될 수 있어, 종래의 FM 라디오에도 용이하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 DRM+ 방송 수신 장치를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 DSP 모듈을 세부적으로 도시한 구성도.
도 3a는 도 2의 1/n 다중위상필터의 예시도.
도 3b는 도 2의 임의 샘플링 주파수 변환기의 예시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 DRM+ 방송 수신 장치의 구현 예.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
최근, DRM+ 방송은 아날로그 FM 방송을 대체할 디지털 라디오 방송으로 고려되고 있다. 그런데, DRM+ 방송의 주파수 대역은 47MHz~174MHz이며, FM 방송의 주파수 대역은 88MHz~108MHz로 차이가 있으므로, 현재까지의 DRM+ 방송은 FM 방송의 주파수 대역을 통해서만 제공되고 있다. 따라서, 현재까지의 DRM+ 방송 신호는 FM 튜너로도 수신가능하다.
그런데, DRM+ 방송의 대역폭은 100kHz인데 반하여, FM 방송의 대역폭(BW)은 180~220kHz이어서, FM 튜너를 이용해 DRM+ 방송 신호를 수신하면, DRM+ 방송 신호 이외에 인접 간섭 신호 및 잡음이 포함된다. 이는 DRM+ 방송 신호에 영향을 미쳐, DRM+ 방송의 수신 성능을 악화시킬 수 있다.
또한, FM 튜너의 출력인 IF(Intermediate Frequency) 신호의 중심 주파수는 수백~수MHz이므로, 디지털 신호처리 과정에서 발생하는 노이즈(Aliasing)를 고려하여 수MHz라는 매우 큰 샘플링 주파수로 디지털 변환된다. 이는 DRM+ 규격의 데이터 처리에 비하면 과분한 값이다.
본 발명은 FM 튜너를 이용하여 DRM+ 방송 신호를 수신하되, 그 대역폭을 조정하여 인접 간섭 신호 및 잡음에 의한 수신 성능 열화를 방지하고, 샘플링 주파수를 하향 조정하여 방송 신호 재생의 연산 복잡도를 줄일 수 있는 DRM+ 방송 수신 장치에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 DRM+ 방송 수신 장치를 도시한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 DRM+ 방송 수신 장치(10)는 안테나(500), FM 튜너(100), ADC(Analog Digital Converter)(300), DSP(Digital Signal Processing) 모듈(200) 및 베이스밴드 로직(400)을 포함한다.
FM 튜너(100)는 안테나(500)의 임피던스를 조절하여 전송되는 복수 채널의 FM 방송 신호 중에서, 선국된 채널의 FM 방송 신호를 수신 및 증폭하고, 증폭된 FM 방송 신호를 주파수 하향 변환하여 아날로그 IF 신호를 출력한다. 여기서, 아날로그 IF 신호의 대역폭은 FM 튜너(100)의 대역폭인 180kHz~220kHz이며, 수신된 FM 방송 신호는 AGC(도 2의 160)로부터 제공받은 증폭 이득만큼 증폭된다.
ADC(300)는 아날로그 IF 신호를 제1 주파수(샘플링 주파수)에 맞추어 디지털 변환하여 디지털 IF 데이터를 출력한다. 이때, IF 데이터의 대역폭은 변하지 않아, FM 튜너(100)의 출력과 동일한 180kHz~220kHz이다. 그리고, IF 신호의 중심주파수는 수백~수MHz, 그 대역폭은 최대 220kHz이므로, 제1 주파수는 수MHz 이상이다.
DSP 모듈(200)은 디지털 IF 데이터를 저주파 필터링하고, 샘플링 주파수를 하향 조정함에 따라 DRM+ 규격에 따른 대역폭 100kHz 및 베이스밴드 로직(400)의 샘플링 주파수에 대응하는 샘플링 주파수인 제3 주파수로 조정된, 기저대역의 제3 데이터를 출력한다. 이때, DSP 모듈(200)은 DSP(Digital Signal Processor) 또는 FPGA(Field-Programmable Gate Array) 등으로 간단하게 구현될 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 DSP 모듈의 각 구성요소 및 각 구성요소의 동작에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 DSP 모듈을 세부적으로 도시한 구성도이고, 도 3a는 도 2의 1/n 다중위상필터의 예시도이며, 도 3b는 도 2의 임의 샘플링 주파수 변환기의 예시도다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 DSP 모듈(200)은 위상 NCO(Numerically Controlled Oscillator)(120), 디지털 믹서(110), 1/n 다중위상필터(Poly-Phase Filter)(130), 임의 샘플링 주파수 변환기(Arbitrary Sampling Rate Converter)(140), 타이밍 NCO(150) 및 AGC(160)를 포함한다.
위상 NCO(120)는 입력된 반송파 주파수 옵셋(Carrier Frequency Offset)에 대응하는 기설정된 제1 신호를 출력한다. 여기서, 반송파 주파수 옵셋은 베이스밴드 로직(400)으로부터 제공되며, 베이스밴드 로직(400)이 임의 샘플링 주파수 변환기(140)의 출력신호로부터 추정한 값일 수 있다.
디지털 믹서(110)는 IF 데이터를 제1 신호를 이용하여 기저대역(Zero IF 또는 Baseband)의 제1 데이터로 주파수 하향 변환한다. 여기서, 제1 데이터는 복소(Complex) 데이터이며, 제1 데이터의 샘플링 주파수는 제1 주파수이다.
1/n 다중위상필터(Poly Phase Filter)(130)는 DRM+ 스펙트럼 마스킹(Spectrum Masking) 가능한 저역 필터(Low Pass Filter)와 데시메이션(Decimation) 필터의 기능을 수행한다. 즉, 1/n 다중위상필터(130)는 입력받은 기저대역의 제1 데이터의 샘플링 주파수(=표본화율)를 1/n배만큼 줄이고, 저역 필터링하여 제1 데이터의 대역폭을 DRM+ 규격에 맞춰 100kHz로 줄인다.
예를 들어, 1/n 다중위상필터(130)는 도 3a와 같이, n개의 브랜치(Branch) 필터(131_1~131_n) 및 적어도 하나의 연산기(예컨대, 합산기)(132)로 구현될 수 있다.
구체적으로, 1/n 다중위상필터(130)는 제1 주파수에 맞추어 제1 데이터를 각 브랜치 필터에 하나씩 순차적으로 입력하고, 제2 주파수(=제1 주파수/n)에 맞추어 n개 브랜치 필터의 출력들을 적어도 하나의 연산기(132)에 입력하여 n개 브랜치 필터의 출력에 적어도 하나의 연산기(132)에 의한 연산을 수행한다. 그에 따라, 1/n 다중위상필터(130)는 저역 필터링(Low Pass Filtering)되어 대역폭이 100kHz이고, 샘플링 주파수가 제1 주파수/n배만큼 하향 조정된 제2 데이터를 출력한다.
통상, 다중위상필터는 정수 배 분할만 가능하며, 세밀한 샘플링 주파수 트래킹은 불가능하므로, 본 발명의 DSP 모듈(200)은 임의 샘플링 주파수 변환기(140)를 이용하여 정수 배 분할된 샘플링 주파수를 임의 소수 배로 분할한다.
타이밍 NCO(150)는 입력받은 샘플링 주파수 옵셋(Sampling Frequency Offset)에 대응하는 기설정된 제2 신호를 출력한다. 여기서, 샘플링 주파수 옵셋은 베이스밴드 로직(400)이 임의 샘플링 주파수 변환기(140)의 출력인 제3 데이터로부터 추정된 값일 수 있으며, 지속적으로 추적(Tracking)된다.
임의 샘플링 주파수 변환기(140)는 128 오버샘플링(Oversampling)된 RRC(Root Raised Cosine) 필터에서 인덱스별로 시프트(Shift)되면서, 128개마다 추출된 계수들 저장하는 룩업 테이블(Lookup Table)(142) 및 색인된 계수를 이용하여 제2 데이터를 보상하여 제3 데이터를 생성하는 연산부(141)를 포함한다.
연산부(141)는 제2 신호에 속도를 맞추어 기설정된 순서로 룩업 테이블(142)의 계수를 색인(Index)하고, 색인된 계수를 이용하여 제2 데이터를 보상하여 샘플링 주파수가 제3 주파수로 조정된 제3 데이터를 출력한다. 여기서, 제3 주파수는 베이스밴드 로직(400)의 샘플링 주파수와 동일할 수 있다.
AGC(160)는 피드백 루프로 구현되며, 1/n 다중위상필터(130)로부터 출력되는 제2 데이터의 크기(Amplitude)를 확인하고, FM 튜너(100)로부터 출력되는 IF 신호의 크기가 임계범위 내에 있도록, 확인된 크기에 대응하여 FM 튜너(100)의 증폭 이득을 조정한다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 DRM+ 방송 수신 장치의 구체 동작에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 DRM+ 방송 수신 장치의 구현 예이다.
도 4를 참조하면, FM 튜너(100')는 중간주파수가 450kHz, 대역폭이 200kHz인 아날로그 IF 신호를 출력한다.
ADC(300')는 샘플링 주파수 4MHz에 맞춰 아날로그 IF 신호를 디지털 변환하여 10비트의 IF 데이터를 출력한다.
디지털 믹서(110')는 위상 NCO(120')로부터의 제1 신호를 이용해 IF 데이터를 주파수 하향 변환하여 기저대역의 제1 데이터로 변환한다.
1/4 다중위상필터(130')는 각기 12개의 탭(TAP)으로 구성되는 4개의 브랜치 필터(12×4=48 TAP)를 포함하고, 입력 데이터(제1 데이터)의 샘플링 주파수에 대비하여 출력 데이터(제2 데이터)의 샘플링 주파수를 1/4로 줄이며(데시메이션 필터링), 대역폭을 100kHz로 줄인다(저주파 필터링한다).
구체적으로, 1/4 다중위상필터(130')는 4MHz에 맞춰 제1 데이터를 각기 12탭(TAP)인 4개의 브랜치 필터에 하나씩 순차적으로 입력한 다음, 1MHz(제2 주파수)에 맞추어 4개의 브랜치 필터의 출력에 기설정된 연산을 수행하여 샘플링 주파수 1MHz, 대역폭 100kHz인 제2 데이터를 출력한다.
샘플링 주파수 변환기(140')는 제2 신호에 대응하여 룩업 테이블을 색인하여 룩업 테이블로부터 계수를 검색하고, 계수를 이용해 제2 데이터를 보상하여 샘플링 주파수 256kHz인 제3 데이터를 출력한다. 여기서, 제3 주파수는 베이스밴드 로직(400)의 샘플링 주파수일 수 있다.
타이밍 NCO(150')는 제3 데이터의 샘플링 주파수와 이미 알고 있는 기준을 비교하여 샘플링 주파수 변환기(140')의 입력인 제2 데이터의 샘플링 주파수 옵셋을 추정하고, 이를 보상하기 위한 보간 위치 정보인 제2 신호를 샘플링 주파수 변환기(140')에 전달한다.
본 발명에 따르면, FM 튜너 및 디지털 신호처리 모듈을 이용하여 DRM+ 규격에 맞는 신호를 얻어낼 수 있어, 비교적 간단하고, 구현 가격이 낮은 DRM+ 튜너를 구현할 수 있다.
본 발명은 종래의 FM 라디오 모듈의 FM 튜너와 베이스밴드 사이의 회로에 쪽 PCB를 추가함에 따라 용이하게 구현될 수 있어, 종래의 FM 라디오에도 용이하게 적용될 수 있다.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. FM 주파수 대역으로 송신된, 선국 채널의 DRM+(Digial Radio Mondial Plus) 방송 신호를 수신하여 증폭 및 아날로그 IF(Intermediate Frequency) 신호로 변환하는 FM 튜너;
    제1 샘플링 주파수에 따라 상기 아날로그 IF 신호를 디지털 변환하여 IF 데이터를 출력하는 아날로그 디지털 변환부;
    위상 NCO로부터의 제1 신호를 이용하여 상기 IF 데이터를 주파수 하향변환하여 기저대역의 제1 데이터를 출력하는 디지털 믹서;
    상기 제1 데이터를 상기 제1 샘플링 주파수에 대비하여 기설정된 정수 배의 제2 샘플링 주파수만큼 다운 샘플링하고, 저주파 필터링하여 DRM+ 규격의 대역폭을 갖는 제2 데이터를 출력하는 다중위상필터(Poly Phase Filter); 및
    상기 제2 데이터를 기설정된 소수 배만큼 다운 샘플링하여 베이스밴드 로직의 샘플링 주파수(제3 샘플링 주파수)에 대응하는 제3 데이터를 출력하는 임의 주파수 변환기
    를 포함하는 DRM+ 방송 수신 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다중위상필터는,
    각기 하나 이상의 탭(Tap)을 포함하는 n개의 브랜치(Branch) 필터 및 적어도 하나의 연산기를 포함하고,
    상기 제1 샘플링 주파수에 따라 상기 제1 데이터를 상기 n개의 브랜치 필터 각각에 순차적으로 입력한 다음, 상기 연산기로 상기 제2 샘플링 주파수에 따라 상기 n개의 브랜치 필터의 출력신호에 기설정된 연산을 수행하여 상기 제2 데이터를 출력하는 것인 DRM+ 방송 수신 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 베이스밴드 로직은,
    상기 제3 데이터의 샘플링 주파수를 상기 제3 샘플링 주파수와 비교하여 샘플링 주파수 옵셋을 추정하고, 상기 샘플링 주파수 옵셋에 대응하는 신호를 출력하는 NCO(Numerically Controlled Oscillator)에 전달하는 것인 DRM+ 방송 수신 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 임의 주파수 변환기는,
    복수의 RRC(Root Raised Cosine) 필터에서 각 인덱스별로 추출된 계수들을 저장하는 룩업 테이블(Look up Table); 및
    상기 신호에 속도를 맞춰 상기 계수들을 기설정된 순서로 색인하고, 색인된 상기 각 계수를 이용해 상기 제2 데이터를 보상하여 상기 베이스밴드 로직의 샘플링 주파수에 대응하는 상기 제3 데이터를 출력하는 연산부
    를 포함하는 것인 DRM+ 방송 수신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 데이터의 크기를 확인하고, 상기 크기에 대응하여 상기 FM 튜너의 증폭 이득을 조정함에 따라 상기 아날로그 IF 신호의 크기가 기설정된 임계범위 내로 유지되도록 하는 AGC(Auto Gain Control)
    를 더 포함하는 DRM+ 방송 수신 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 디지털 믹서, 상기 다중위상필터, 상기 임의 주파수 변환기는,
    DSP(Digital Signal Processor) 또는 FPGA(Field-Programmable Gate Array)에 포함되는 것인 DRM+ 방송 수신 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 디지털 믹서는,
    상기 베이스밴드 로직에 의해 추정된 반송파 주파수 옵셋을 고려하여 상기 IF 데이터를 상기 제1 데이터로 변환하는 것인 DRM+ 방송 수신 장치.
  8. FM 튜너가 FM 주파수 대역으로 송신된, 선국 채널의 DRM+(Digial Radio Mondial Plus) 방송 신호를 수신하여 증폭 및 아날로그 IF(Intermediate Frequency) 신호로 변환하는 단계;
    아날로그 디지털 변환기가 제1 샘플링 주파수에 따라 상기 아날로그 IF 신호를 디지털 변환하여 IF 데이터를 출력하는 단계;
    디지털 믹서가 위상 NCO로부터의 제1 신호를 이용하여 상기 IF 데이터를 주파수 하향 변환하여 기저대역의 제1 데이터를 출력하는 단계;
    다중위상필터가 상기 제1 데이터를 상기 제1 샘플링 주파수에 대비하여 기설정된 정수 배인 제2 샘플링 주파수만큼 다운 샘플링하고, 저주파 필터링하여 DRM+ 규격의 대역폭을 갖는 제2 데이터를 출력하는 단계; 및
    임의 주파수 변환기가 상기 제2 데이터를 기설정된 소수 배만큼 다운 샘플링하여 베이스밴드 로직의 샘플링 주파수에 대응하는 제3 데이터를 출력하는 단계
    를 포함하는 DRM+ 방송 수신 방법.
KR1020120029344A 2011-12-27 2012-03-22 Ｄｒｍ＋ 방송 수신 장치 KR101374716B1 (ko)

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