KR20040064724A - 이동체 통신장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 복수의 기지국을 가지고, 기지국과 이동국과의 사이는, 동일시각에 동일주파수로, 동일데이터를, 멀티캐리어변조방식을 이용하여 통신하는 경우에, 이동국을 각 기지국으로부터의 전파의 수신전력이 거의 동등하게 되는 지역에서, 정재파간섭의 발생에 의해 캐리어의 전계레벨이 저하하여, 비트에러율이 증대한다. 이것을 방지하기 위하여, 기지국측에서 각 서브캐리어간에 위상차이를 설정함으로써 이동국에서는, 수신 시, 모든 서브캐리어가 서로 부정한다고 하는 사태를 피할 수 있고, 에러정정을 용이하게 할 수 있어서, 통신의 품질향상에 기여할 수 있는 것을 특징으로 한 것이다.
Description
이동체 통신시스템은, 기지국에 의해 통신에어리어(셀)를 형성하고, 이 셀 내의 이동체와 기지국과의 사이에서 통신을 실시한다. 일정지역 내에, 기지국을 복수 설정하여, 복수의 셀이 일부 중복해서 형성된 상태로 한다. 각각의 기지국으로부터 동일시각에 동일주파수로, 동일데이터를 송신한다.
이와 같은 시스템구성을 취함으로써, 셀을 연쇄적으로 연결하여 광범위한 통신에어리어를 형성할 수 있다. 또 이동국에 드는 부담도 최소한으로 억제할 수 있다.
그러나 , 이동국을, 셀의 중복 내, 즉 각 기지국으로부터의 전파의 수신전력 이 거의 동등하게 되는 지점으로 가지고 가서, 통신을 하면, 정재파간섭이 발생하고, 캐리어의 전계레벨이 저하하여, 비트에러율(BER; Bit Error Rate)이 증대한다.
한편, 직교주파수 분할다중방식(OFDM; Orthogonal Frequency Division Multiplex) 등의 멀티캐리어변조방식을, 이동체 통신에 채용하는 것이 검토되고 있다. 이 멀티캐리어변조방식을 채용했을 경우에도, 모든 서브캐리어가 상기 정재파간섭의 악영향을 받아서, 통신품질이 악화된다고 하는 문제는 피할 수 없다.
본 발명은, 복수의 기지국을 가지고, 각 기지국은, 동일시각에 동일주파수로, 동일데이터를, 멀티캐리어변조방식을 이용하여 이동국과 통신하는 이동체 통신시스템에 관한 것이다.
도 1은, 이동체 통신시스템의 구성도
도 2는, 셀 A에서 셀 B로 이동하는 위치 D를 따른 수신전력강도의 변화를 표시하는 그래프
도 3은, 본 발명의 실시에 관련되는, 서브캐리어의 위상배열을 표시하는 그래프
도 4는, 서브캐리어의 위상을 모두 동일하게 했을 경우의 위상배열을 표시하는 그래프
도 5는, 가산 후의 서브캐리어 전력분포도
도 6(A)은, 서브캐리어 주파수를 가로축, 시간 t를 세로축으로 한 수신신호의 그래프이며, 이동국이 움직이지 않는 경우를 표시한다.
도 6(B)은, 도 6(A)과 마찬가지로, 서브캐리어 주파수를 가로축, 시간 t를 세로축으로 한 수신신호의 그래프이며, 이동국이 셀 내에서 움직여 가는 경우를 표시하고 있다.
도 7은, 도 6(B)에서 표시한 2개의 시점 t1, t2에서의 서브캐리어의 수신전계분포도
도 8은, 본 발명의 다른 실시에 관련되는, 서브캐리어의 무작위한 위상배열을 표시하는 그래프
도 9는, 가산 후의 서브캐리어 전력분포도
도 l0(A)은, 서브캐리어 주파수를 가로축, 시간 t를 세로축으로 한 그래프이며, 이동국이 움직이지 않는 경우를 표시한다.
도 10(B)은, 도 l0(A)과 마찬가지로, 서브캐리어 주파수를 가로축, 시간 t를 세로축으로 한 그래프이며, 이동국이 셀 내에서 움직여 가는 경우를 표시하고 있다.
도 11은, 에러정정부호를 사용한 정정성공율과, 정상수신캐리어수와의 일반적인 관계를 표시하는 그래프
도 12는, 본 발명의 이동체 통신장치에 이용하는 송신기의 회로구성블록도
도 13은, 본 발명의 이동체 통신장치에 이용하는 수신기의 회로구성블록도
도 14(A)는, 디인터리브의 기능설명도이며, 주파수축상, 시간축상에 배열된 수신데이터를 표시한다.
도 14(B)는, 도 14(A)와 마찬가지로, 디인터리브의 기능설명도이며, 열방향으로 기록되고, 부호길이 L의 부호열로 재배열된 데이터를 표시하고 있다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11: 에러정정부호화회로 12: 인터리브회로
13: S/P변환회로 14: 차동부호화회로
15: 역푸리에변환회로 16: 아날로그변환회로
21: 디지털변환회로 22: 푸리에변환회로
23: 동기신호검출회로 24: 전압제어발진기
25: 차동복호화회로 26: P/S변환회로
27: 디인터리브회로 28: 에러정정부호화회로
본원 발명자는, 2개의 기지국으로부터의 통신이 서로 간섭하는 셀에 있어서 통신품질의 열악화방지시스템으로서, 기지국측에서 멀티캐리어변조방식의 각 서브캐리어의 위상을 적극적으로 조정함으로써, 어느 지점에서나 일정이상의 품질로 통신할 수 있는 이동체 통신장치를 제안한다.
기지국측에서 멀티캐리어변조방식의 각 서브캐리어의 위상을 적극적으로 조정함으로써, 어느 지점에서나, 특히 2개의 셀의 간섭이 생기기 쉬운 장소에서 일정이상의 품질로 통신할 수 있는 이동체 통신장치에 관한 것이다. 본 발명의 이동체 통신장치의 첫 번째는, 기지국에 송신 시에 서브캐리어간에 위상차이를 설정할 수 있는 위상조정수단을 구비하는 것이다.
본 발명의 이동체 통신장치의 두 번째는, 서브캐리어에의 위상차이의 할당방법에 관한 것이다.
복수의 서브캐리어에 0 ∼ 2π의 위상차이를 거의 균등한 간격으로 할당해도 되고, 복수의 서브캐리어에 0 ∼ 2π의 위상차이를 무작위로 할당해도 된다.
본 발명의 이동체 통신장치의 제 3은, 수신지점에 있어서의, 서브캐리어마다의, 전반거리의 차이에 의거하는 위상의 차이를 고려하여, 기지국의 서브캐리어의 위상차이를 할당하는 것이다.
기지국을 A, B로 나타내고, 복수의 서브캐리어를 fl, f2, ‥로 나타낸다. 서브캐리어를 대표할 때는 fi(i=1, 2, 3, ‥)로 나타내는 것으로 한다.
기지국 A로부터 서브캐리어 fi가 발사되고, 기지국 B로부터 서브캐리어 fi가 발사되는 경우, 기지국 A로부터 발사되는 서브캐리어 fi와, 기지국 B로부터 발사되는 서브캐리어 fi와는 동기가 잡히고 있는(주파수가 완전히 동일하며, 시간이 경과해도 위상차이는 변화하지 않음) 것으로 한다.
서브캐리어에 위상차이를 붙이지 않는 경우, 즉 기지국 A로부터 발사되는 서브캐리어 fi와, 기지국 B로부터 발사되는 서브캐리어 fi와의 위상차이가, 각 i에 대해서 동일할 때는, 통신에어리어 내의 수신전력이 거의 동등하게 되는 지역에서, 기지국 A로부터 받는 전파의 서브캐리어 fi와, 기지국 B로부터 받는 전파의 서브캐리어 fi와의 위상차이 Δi가 π가 되면 그 장소에서는, 그 서브캐리어는 감쇠해 버린다고 하는 것이 된다.
그러나 , 본 발명과 같이, 송신 시에 복수의 서브캐리어에 위상차이를 붙이는 것으로 하면, 기지국 A로부터 발사되는 전파의 서브캐리어 fi와, 기지국 B로부터 발사되는 전파의 서브캐리어 fi와의 위상차이 Δi는, i마다 다른 값이 된다.
이것은, 어느 서브캐리어 fi에 있어서, 위상차이 Δi가 π가 되는 장소에서는, 다른 서브캐리어 fj(i≠j)에 있어서, 위상차이 Δj가 π가 되지 않는 것을 표시한다. 따라서, 통신에어리어 내의 임의의 장소에서, 어느 하나의 서브캐리어가 감쇠해도, 다른 서브캐리어가 남아, 통신이 확보된다.
서브캐리어에의 위상차이의 할당방법은, 복수의 서브캐리어에 0 ∼ 2π의 위상차이를 거의 균등한 간격으로 할당해도 되고, 복수의 서브캐리어에 0 ∼ 2π의 위상차이를 무작위로 할당해도 된다.
지금까지의 의논에서는, 통신에어리어 내의 수신전력이 거의 동등하게 되는 지역은, 기지국 A, B로부터 거의 같은 거리의 지점으로 하고 있었으나, 기지국 안테나에 지향성 등이 있는 경우는, 통신에어리어 내의 수신전력이 거의 동등하게 되는 지역은, 기지국 A, B로부터 거의 같은 거리의 지점이라고는 할 수 없게 된다. 이 경우는, 수신지점에 있어서의, 서브캐리어마다의, 전반거리의 차이에 의거하는 위상의 차이를 고려하여, 기지국의 서브캐리어의 위상차이를 할당하는 것이 바람직하다.
기지국 A에서 통신에어리어 내의 수신전력이 거의 동등하게 되는 지점까지의 거리를 d1, 기지국 B에서 통신에어리어 내의 수신전력이 거의 동등하게 되는 지점까지의 거리를 d2로 하면, 기지국 A로부터 발사되는 서브캐리어에 대해서는, 전반거리 d1에 의거하는 위상은 -2πd1/λi, 전반거리 d2에 의거하는 위상은 -2πd2/λi가 된다. 여기서 λi는 서브캐리어 fi의 전반파장이다.
그래서, 이 전반거리차이에 의거하는 위상차이 2π(d2-d1)/λi를 미리, 기지국 A, B로부터 발사되는 서브캐리어 fi의 위상차이에 추가로 덧붙이는 것이 바람직하다. 구체적으로는, (1)기지국 A로부터 발사되는 서브캐리어 fi의 위상에 2π(dl-d2)/λi를 부가해도 되고, (2)기지국 B로부터 발사되는 서브캐리어 fi의 위상에 2π(d2-dl)/λi를 부가해도 되며, (3)혹은 기지국 A로부터 발사되는 서브캐리어 fi의 위상에 2πd1/λi를 부가하고, 기지국 B로부터 발사되는 서브캐리어 fi의 위상에 위상 2πd2/λi를 부가해도 된다.
이와 같이 하면, 통신에어리어 내의 수신전력이 거의 동등하게 되는 지점까지의 전반거리차이에 의거하는 위상차이를 미리 보상할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시의 형태를, 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 도 l은, 이동체 통신시스템의 구성도이며, 기지국 A, B에 의해 셀을 형성하고 있다. 셀은, 일부 중복하고 있으며, 그 중에 이동국 C가 존재하고 있는 것으로 한다. 상기 이동국 C는, 구체적으로는, 차재네비게이션장치, 휴대전화기, 이동PDA단말기, 퍼스널컴퓨터 등이다.
캐리어변조방식은, ODFM변조방식으로 한다. 그러나 본 발명의 실시는 이것에 한정되지 않고, 다른 멀티캐리어변조방식이 채용 가능하다.
기지국 A와 이동국 C와의 거리를 d1로 하고, 기지국 B와 이동국 C와의 거리를 d2로 한다.
도 2는, 셀 A에서 셀 B로의 이동하는 위치 D를 따른 캐리어수신전력강도의 변화를 표시하는 그래프이다(이 그래프에서는 캐리어간의 간섭을 고려하고 있지 않음). 기지국 A의 발사전파의 수신전력을 PA, 기지국 B의 발사전파의 수신전력을 PB로 표시하고 있다. 양전력이 거의 동등하게 되는 에어리어에서는, 서브캐리어의 위상차이가 π가 되는 지점에서 전계가 서로 부정하여 수신전력이 크게 떨어진다. 또한, 수신전력에 차이가 있는 지점에서는, 한 쪽이 우세하게 되어서, 서브캐리어의 위상차이가 π가 되어도 수신전력은 크게 떨어지지 않는다.
도 3은, 본 발명의 실시에 관련되는, 서브캐리어의 위상배열을 표시하는 그래프이다. 서브캐리어는 N개 있으며, 각각을 fl, f2, …, fN으로 한다. 첨자가 커질수록 주파수는 높아지는 것으로 한다. 이 예에서는, 1개의 서브캐리어 f1의 위상을 0으로 하고, f2이후의 서브캐리어의 위상을 동일한 간격으로 배열하고 있다. 도 4는, 서브캐리어의 위상을 모두 동일 (0)으로 했을 경우의 위상배열을 표시하는 그래프이다.
지금 동등한 수신전력강도를 가지는 2개의 서브캐리어로, 도 3에 표시하는 위상배열을 가지는 서브캐리어와, 도 4에 표시하는 위상배열을 가지는 서브캐리어를 가산하는 경우를 생각하면, 가산 후의 서브캐리어 전력분포는, 도 5에 표시하는 바와 같이 된다. 위상차이가 0 또는 2π부근의 서브캐리어는 서로 강해지지만, 위상차이가 π부근의 서브캐리어는 서로 약해져서 전력이 떨어진다.
실제로, 각 기지국으로부터 전파의 수신전력이 동등하게 되는 지점 부근에 이동국 C가 존재하는 것으로 한다.
이동국 C에 있어서의 수신서브캐리어의 위상차이에는, 전반거리차이에 의거하는 2π(d1-d2)/λi의 위상차이가 미리 포함된다. i는 서브캐리어번호, N은 서브캐리어수, λi는 i번째의 서브캐리어의 파장이다. 그래서, 이 전반거리차이에 의거하는 위상차이를 보상하기 위하여, 기지국 A, B로부터 발사되는 서브캐리어에, 전반거리차이에 의거한 위상차이 2π(d1-d2)/λi를 붙여 둔다.
그 다음에, 한 쪽의 기지국으로부터 도 3에 표시하는 위상배열 2πi/N을 부가한 서브캐리어를 발사하고, 다른 쪽의 기지국으로부터, 도 4에 표시하는 위상배열을 부가한 서브캐리어를 발사한다.
예를 들면 기지국 A로부터
2πi/N-2πd1/λi
의 위상으로 서브캐리어를 발사하고, 기지국 B로부터
-2πd2/λi
의 위상으로 서브캐리어를 발사한다.
이동국 C에 있어서의 수신전력은, 위상차이가 π부근의 서브캐리어는 전계가 서로 약해져서 전력이 떨어지지만, 위상차이가 0 또는 2π부근의 서브캐리어는 서로 강해진다. 따라서, 모든 서브캐리어의 전력이 떨어진다고 하는 사태를 피할 수 있다.
도 6은, 서브캐리어를 가로축, 시간 t를 세로축으로 한 그래프이다. 전력의 하락이 한계치를 초과하여, 이동국의 수신기에서 에러정정 불가능하게 된 서브캐리어를 해칭으로 나타내고 있다. 도 6(A)은, 이동국이 움직이지 않는 경우를 표시하고, 도 6(B)은, 이동국이 셀 내의 거리 D를 따라서 움직여 가는 경우를 표시하고 있다. 도 6(B)에서는, 수신전력이 한계치를 초과하여 떨어지는 서브캐리어는, 서서히 변화하고 있다.
도 6(B)에서 표시한 2개의 시점 tl, t2에서의 서브캐리어의 수신전력분포를 도 7에 표시한다.
또한, 여기에서는, 기지국으로부터 발신되는 서브캐리어는, 거리에 의한 위상차이를 고려하고 있지만, 위상차이를 고려하지 않아도 되는 경우는 위상배열을 부가하지 않아도 된다.
도 8은, 본 발명의 다른 실시에 관련되는, 서브캐리어의 위상배열을 표시하는 그래프이다. 각 서브캐리어 fl, f2, …, fN의 위상은 무작위로 배열하고 있는 것으로 한다.
이 도 8에 표시하는 위상배열의 서브캐리어와, 도 4에 표시하는 위상배열의 서브캐리어를 가산하면, 가산 후의 서브캐리어 전력분포는, 도 9에 표시하는 바와 같이 된다. 위상차이가 0 또는 2π부근의 서브캐리어는 강하고, 위상차이가 π부근의 서브캐리어는 약해지지만, 그 배치에는 규칙성이 없다.
도 10은, 서브캐리어를 가로축, 시간 t를 세로축으로 한 그래프이다. 전력의 하락이 한계치를 초과하여, 이동국의 수신기에 의해 에러정정 불가능하게 된 서브캐리어를 해칭으로 나타내고 있다. 도 10(A)은, 이동국이 움직이지 않는 경우를 표시하고, 도 10(B)은, 이동국이 움직여 가는 경우를 표시하고 있다. 도 l0(B)에서는, 수신전력이 한계치를 초과하여 떨어지는 서브캐리어는, 무작위로 변천해간다. 이 이유는, 도 8에 표시하는 바와 같이, 각 서브캐리어 fl, f2, …, fN의 위상을 무작위로 배열하고 있는 것에 의거한다(이것에 대해서, 도 3에서는 각 서브캐리어 fl, f2, …, fN의 위상은, 캐리어 순으로 변화하고 있으므로, 도 6(B)에서는, 수신전력이 한계치를 초과하여 떨어지는 서브캐리어는, 차례로 어긋나 간다).
여기서, 상기와 같이 기지국으로부터 발사되는 서브캐리어의 위상배열을 변화시킨 효과를 설명한다.
일반적으로, 0FDM 등의 멀티캐리어변조방식에서, 에러정정부호를 사용한 정정성공율과, 정상수신캐리어수와의 관계를, 도 l1에 표시한다. 동 도면에 의하면,정상수신캐리어수가 어느 수 Nc이상있으면, 에러정정할 수 있지만, 정상수신캐리어수가 Nc에 못 미치게 되면, 에러정정은 어려워진다.
본 발명에서는, 도 6 혹은 도 l0에 표시하는 바와 같이, 어느 시간단면을 취해도, 전력의 하락이 한계치를 초과하는 서브캐리어수는 한정되어 있다. 따라서, 이 서브캐리어의 수를 Nc미만으로 설정할 수 있으면, 정정성공율을 항상 거의 l로 유지할 수 있다.
다음에, 본 발명의 이동체 통신장치를 구성하는 송신기 및 수신기의 회로예를 설명한다. 송신기 및 수신기는, 기지국과 이동국에 공통의 회로구성이 된다.
도 12는, 송신기의 회로구성블록도이다. 송신데이터는, 에러정정부호화회로 (11)에서 리드솔로몬부호에 의해 부호화된다. 다음에 인터리브회로(12)에서, 에러정정부호를 효과가 있기 쉽게 하기 위한 재배치(인터리브)가 실시된다. 그리고, S/P변환회로(13)에 의해 시리얼신호에서 패러렐신호로의 변환을 실시한다.
위상조정수단으로서 기능하는 차동부호화회로(14)에서는, 플립플롭 FF에 의해 차동부호화를 실시하지만, 이 때의 기준위상은, 각 서브캐리어에 위상차이를 붙여 준다. 이 위상차이의 붙이기 방법은, 도 3이나 도 8을 참조해서 설명한 바와 같다. 차동부호화된 신호는, 역푸리에변환회로(15)에 의해 역푸리에변환되고, 아날로그변환회로(16)에서 DQPSK변조되고, 주파수변환되어서 송신안테나에 급전된다.
도 13은, 수신기의 회로구성블록도이다. 안테나로 수신된 고주파신호는, 주파수변환되어 디지털변환회로(21)에 의해 디지털신호로 변환되고 푸리에변환회로 (22)에 의해 푸리에변환된다. (23)은 동기신호검출회로, (24)는 전압제어발진기를나타낸다. 푸리에변환회로(22)에 의해 푸리에변환된 신호는, 차동복호화회로(25)에 의해 차동복호화가 실시되고, P/S변환회로(26)에 의해 패러렐신호에서 시리얼신호로의 변환이 실시된다. 그리고, 디인터리브회로(27)에 의해, 부호의 재배치가 실시되고, 에러정정부호화회로(28)되어 수신데이터로서 출력된다.
상기 디인터리브회로(27)의 기능을, 도 14를 이용해서 설명한다. 도 14(A)는, 주파수축상, 시간축상에 배열된 수신데이터를 표시하고 있다. 이 수신데이터는, 시간축상에서 차례로 판독되어, 도 l4(B)에 표시하는 바와 같이, 열방향으로 기록되어 부호길이 L의 부호로 재배치된다.
지금 도 3과 같이 서브캐리어의 위상을 같은 간격으로 배열하여, 이동국이 셀 A에서 셀 B로 이동하는 위치 D를 따라서 움직여 가는 경우를 상정한다.
도 14(A)의 수신데이터에 있어서, 서브캐리어의 하락을 위해 에러를 발생시킬 우려가 있는 바이트를 해칭으로 표시하고 있다. 디인터리브된 수신데이터에 있어서는, 에러를 발생시킬 우려가 있는 바이트는, 도 14(B)에 표시하는 바와 같이 지그재그형상에 열방향으로 추이해 간다.
도 14(B)에 있어서, 행방향으로 부호를 판독하는 경우에, 에러를 발생시킬 우려가 있는 바이트의 수는, 부호길이 L의 열 내에서 일정수 S가 된다. 따라서, 부호길이 L 중 S바이트까지라면 에러를 정정할 수 있는 에러정정부호를 사용하면, 항상 에러를 정정할 수 있다.
이것에 대해서, 에러를 발생시킬 우려가 있는 바이트의 전체수가 같아도, 행마다, 그 수에 격차가 있는 경우는, 항상 에러를 정정할 수 있다고는 할 수 없게된다.
이상으로, 본 발명의 실시의 형태를 설명했으나, 본 발명의 실시는, 상기의 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지의 변경을 실시하는 것이 가능하다.
본 발명에 의하면, 멀티캐리어변조방식에서, 복수의 기지국 안테나에 의해 동시에 신호를 송신할 때에, 복수의 서브캐리어의 기준위상을 0 ∼ 2π의 사이에서 임의로 할당할 수 있으므로, 전력이 서로 강하게 하는 서브캐리어가 항상 다수 존재하고, 전력이 서로 부정하는 서브캐리어는 소수 존재하게 된다. 따라서, 모든 서브캐리어가 서로 부정한다고 하는 사태를 피할 수 있고, 에러정정에 의해 정정이 효과가 있는 상태를 만들 수 있어서 통신의 품질향상에 기여할 수 있다.
Claims (4)
- 복수의 기지국을 가지고, 기지국과 이동국과의 사이는, 동일시각에 동일주파수로, 동일데이터를, 멀티캐리어변조방식을 이용하여 통신하는 이동체 통신장치에 있어서,상기 기지국은, 송신 시에 서브캐리어간에 위상차이를 설정할 수 있는 위상조정수단을 구비하는 것인 것을 특징으로 하는 이동체 통신장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 위상조정수단은, 복수의 서브캐리어에 0 ∼ 2π의 위상을 거의 균등한 간격으로 할당해 가는 것을 특징으로 하는 이동체 통신장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 위상조정수단은, 복수의 서브캐리어에 0 ∼ 2π의 위상을 무작위로 할당해 가는 것을 특징으로 하는 이동체 통신장치.
- 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서, 통신에어리어 내에서, 복수의 기지국으로부터의 수신전력이 거의 동등하게 되는 지점을 특정하여, 상기 복수의 기지국 내의 제 1의 기지국(A)에서, 상기 특정된 지점까지의 거리를 d1로 하고, 상기 복수의 기지국 내의 제 2의 기지국(B)에서, 상기 특정된 지점까지의 거리를 d2로 하면,해당 기지국 A로부터 발사되는 서브캐리어 fi(i=1 ∼ N; N은 서브캐리어수)와, 해당 기지국 B로부터 발사되는 서브캐리어 fi와의 위상차이에는, 거리차이 d2-d1에 의거하는 전반위상차이를 보상하는 양 2π(d2-dl)/λi(λi는 i번째의 서브캐리어의 전반파장)가 미리 추가로 덧붙여져 있는 것을 특징으로 하는 이동체 통신장치.
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