KR20080082979A - Ofdma와 cdma 기술들을 사용하는 무선 통신시스템 - Google Patents

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KR20080082979A
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판텔리스 모노기어디스
시리시 나가라즈
해리쉬 비스와나턴
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루센트 테크놀러지스 인크
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Abstract

동적으로 지정된 직교 서브-캐리어들(sub-carriers)의 세트를 통해 직교 주파수 분할 다중 접속(orthogonal frequency division multiple access;OFDMA) 유형 신호들 그리고 선-할당된(preallocated) 직교 서브-캐리어들의 세트를 통해 코드 분할 다중 접속(code division multiple access;CDMA) 유형 신호들을 통신하도록 동작가능한 OFDMA 기반 무선 통신 시스템이 개시된다. OFDMA 시스템은 전형적 OFDMA 시스템에서 직교 서브-캐리어들의 동적 지정들의 수를 감소시키기 위해 CDMA 유형 신호 전송을 위해 선-할당된 직교 서브-캐리어들을 사용한다. OFDMA 유형 신호들은 잘 공지된 OFDMA 기술들에 따라 처리되는 신호들일 수 있고, 한편 CDMA 유형 신호들은 잘 공지된 CDMA 및 OFDMA 기술들에 따라 처리되는 신호들일 수 있다. CDMA 유형 신호들은 또한 OFDMA 시스템에서 피크-대-평균 파워 비율(peak-to-average power ratio;PAPR)을 감소시키기 위해 이산 푸리에 변환기(discrete Fourier transformer;DFT) 행렬과 단위 행렬을 포함하는 선코더(precoder)를 사용하여 처리될 수 있다.
Figure P1020087016929
OFDMA, CDMA, 선코더, 코드 멀티플렉스 칩, DFT, 선균등화, IFFT, IFDMA, 스크램블링 코드, 스프레딩 코드

Description

OFDMA와 CDMA 기술들을 사용하는 무선 통신 시스템{Wireless communications system employing OFDMA and CDMA techniques}
본 발명은 일반적으로 무선 통신 네트워크에 관한 것이고, 더 구체적으로, 직교 주파수 분할 다중 접속(orthogonal frequency division multiple access;OFDMA) 기술을 사용하는 무선 통신 네트워크에 관한 것이다.
OFDMA는 차세대 무선 통신 시스템들을 위한 선도하는 다중 접속 기술로서 부상하고 있다. OFDMA 시스템들은 대역폭이 직교 서브-캐리어들(sub-carriers)의 세트로 분할되는 멀티-캐리어 시스템들이다. 직교 서브-캐리어들의 세트는 서브세트들로 더 분할되고, 직교 서브-캐리어들의 각 서브세트는 트래픽(traffic) 채널을 형성한다. 각 트래픽 채널은 단일 사용자에게 배타적으로 지정될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 OFDMA 시스템에 사용되는 송신기(100)를 나타낸다. 송신기(100)는 변조기(110), 직렬-대-병렬(serial-to-parallel;S2P) 컨버터(120), 인버스 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transformer;IFFT) 모듈(130), 사이클 프리픽스 삽입기(cyclic prefix inserter;140), 및 시간 도메인 필터(150)를 포함한다. IFFT 모듈(130)은 변조 심볼들을 수신하기 위한 N 포트들을 포함한다. 포트들 각각은 직교 서브-캐리어와 연관된다. IFFT 모듈(130)은 그 입력들에 변환 연산을 수행하기 위해 N x N IFFT 행렬을 사용하도록 동작가능하고, 행렬
Figure 112008050078811-PCT00001
의 엔트리들은
Figure 112008050078811-PCT00002
그리고
Figure 112008050078811-PCT00003
로서 정의된다.
인코딩된 데이터 심볼들은 변조기(110)에 입력으로서 제공된다. 변조기(110)는 BPSK, QPSK, 8PSK, 16QAM, 및 64QAM과 같은, 잘 공지된 변조 기술들을 사용하여, 인코딩된 데이터 심볼들을 K 변조 심볼들 Sk로 변환하여, S2P 컨버터(120)로의 입력으로서 제공되고, 여기서 K□<= N이다. S2P 컨버터(120)는, 인코딩된 데이터 심볼들이 송신되는 직교 서브-캐리어들과 연관된 IFFT 모듈(130)의 하나 이상의 포트들에 입력들로서 제공되는 변조 심볼들의 병렬 스트림들을 출력한다. IFFT 모듈(130)에서, IFFT는 변조 심볼 Sk에 적용되어 칩들 Cn의 블럭들을 생성하고, 여기서, n=0,...,N-1이다. 사이클 프리픽스 삽입기(140)는 N 칩들의 블럭들의 최종 Ncp 칩들을 복사하고, 이들을 프리펜딩된(prepended) 블럭을 생성하는 N 칩들의 블럭으로 프리펜딩한다. 그 후, 프리펜딩된 세트는 시간 도메인 필터(150)를 통해 필터링되고, 후속적으로 송신되기 전에 캐리어로 변조된다.
그것의 선행 시스템들과 비교하여, OFDMA 시스템들은 잡음 및 복수-경로에 대한 증가된 허용율로 대역폭 할당의 더 효율적 사용을 가능하게 한다. 그러나, OFDMA 시스템들은 여러 단점들을 갖는다. 하나의 그런 단점은, 그것의 포워드 링크(forward link) 용량 중의 많은 양이 리버스 링크(reverse link) 서브-캐리어 지정들의 오버헤드 시그널링(overhead signaling)에 사용된다는 것이다. OFDMA 시스템들에서, 리버스 링크 서브-캐리어 지정들은 정적(static)이지 않다. 사용자들 은, 채널 상태들, 이용가능한 자원들, 및 서비스 유형과 같은 인자들에 종속하여 리버스 링크 상에 동적으로 서브-캐리어들이 지정 혹은 재지정된다. 각각의 지정 및 재지정은 포워드 링크를 통해 채널 지정 메시지가 전송되도록 요구하고, 채널 지정은 지정되는 서브-캐리어들을 나타낸다. 이 리버스 링크 채널 지정의 동적 특성으로 인해, 채널 지정 메시지들의 부피가 증가되어, 포워드 링크 용량 중의 많은 양을 소비한다.
한 가지 다른 단점은, OFDMA 시스템들이 단일 캐리어 시스템들과 비교하여 높은 PAPR(peak-to-average power ratio)을 갖는다는 점이다. IFFT 모듈(130)이 변조 심볼들 Sk에 대해 변환 연산을 수행할 때, 그 결과는 N 칩들의 블럭이고,
Figure 112008050078811-PCT00004
, 이것은 변조 심볼들 S1,..., Sk의 위상 가중된 합이고, Sk(a)는 변조 심볼 Sk의 진폭을 나타낸다. 각 칩 cn은 기본적으로 변조 심볼들 각각의 조합이므로, 각 칩 cn과 연관된 진폭은 시간에 걸쳐 그것의 평균 진폭과 비교될 때 더 높아서 더 높은 송신된 파형들의 PAPR로 결과될 것이다. 더 높은 PAPR을 갖는 멀티-캐리어 시스템들은, 단일 캐리어 시스템들과 비교하여, 더 높은 등급의 파워(power) 증폭기들을 요구하고, 커버리지(coverage) 한계로 결과되는 낮은 링크 예산(budget)을 갖는다.
따라서, 포워드 링크의 오버헤드 시그널링의 양을 감소시키고 OFDMA 시스템들의 PAPR을 낮출 필요가 존재한다.
본 발명은, 동적으로 지정된 직교 서브-캐리어들의 세트에 대해 OFDMA 유형의 신호들 그리고 선-할당된(pre-allocated) 직교 서브-캐리어들의 세트에 대해 CDMA(code division multiple access) 유형 신호들을 통신하도록 동작가능한 OFDMA 기반 무선 통신 시스템이다. 유익하게도, 본 발명 OFDMA 시스템은 전형적 OFDMA 시스템에 연관된 오버헤드 시그널링과 직교 서브-캐리어들의 동적 지정들의 수를 감소시키기 위해 CDMA 유형 신호 전송에 대해 선-할당된 직교 서브-캐리어들을 사용한다. 일 실시예에서, OFDMA 유형 신호들은 잘 공지된 OFDMA 기술들에 따라 생성되는 신호들일 수 있고, 한편 CDMA 유형 신호들은 잘 공지된 CDMA 및 OFDMA 기술들에 따라 생성되는 신호들일 수 있다. CDMA 유형 신호들은 또한, 전송된 파형들의 PAPR 비율을 감소시키기 위해 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transformer;DFT) 행렬을 포함한 선코더(pre-coder)를 사용하여 처리될 수 있다. 다른 실시예들에서, 선코더는 바이패스(bypass)되고, 효과적으로 단위 행렬에 의해 교체될 수 있거나, 또는 선코더는 주파수 도메인 채널에 종속하는 행렬을 포함할 수 있다.
본 발명의 특징, 양태, 및 이점은 이하 설명, 첨부된 청구범위, 및 첨부된 도면들을 참조하여 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 OFDMA 시스템에 사용되는 송신기를 나타낸다,
도 2는 본 발명의 OFCDMA 시스템에서 사용하기 위한 대역폭 할당을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 송신기의 개략도를 나타낸다.
본 발명은, 동적으로 지정된 직교 서브-캐리어들의 세트를 통해 OFDMA 유형의 신호들을 통신하고 선-할당된(pre-allocated) 직교 서브-캐리어들의 세트를 통해 CDMA 유형 신호들을 통신하도록 동작가능한 OFDMA 무선 통신 시스템이고, OFDMA 유형 신호들은 잘 공지된 OFDMA 기술들에 따라 생성되는 신호들이고, CDMA 유형 신호들은 잘 공지된 CDMA와 OFDMA 기술들에 따라 생성된 신호들이다. 유익하게도, CDMA 유형 신호들은 선-할당된 직교 서브-캐리어들을 통해 송신되므로, 직교 자원들(즉, 서브-캐리어들)의 동적인 지정을 요구하지 않는다. 바람직하게, CDMA 유형 신호들은 버스티(busty) 및 정기적 트래픽 패턴들로 사용자들과 연관되는 신호들이다.
본 발명의 OFDMA 시스템은, 대역폭이 직교 서브-캐리어들의 세트로 분할되는 멀티-캐리어 시스템이다. 도 2는 본 발명의 OFCDMA 시스템에서 사용되기 위한 대역폭 할당(200)을 나타낸다. 도 2에 도시된 것처럼, 대역폭은 직교 서브-캐리어들의 세트로 분할된다. 직교 서브-캐리어들의 세트는 2개의 그룹들로 범주화된다. OFDMA 그룹으로서 본 명세서에 지칭되는, 제 1 그룹은 OFDMA 신호들의 전송을 위해 사용되는 직교 서브-캐리어들을 포함한다. CDMA 그룹으로서 본 명세서에 지칭되는 제 2 그룹은 CDMA 유형 신호들의 전송을 위해 사용되는 직교 서브-캐리어들로 구성된다. OFDMA 및 CDMA 그룹들은 본 명세서에서 OFDMA와 CDMA 존(zones)들로서 각각 지칭되는 하나 이상의 서브-그룹들을 포함한다. 각각의 존은 적어도 하나의 직교 서브-캐리어를 포함한다. 일 실시예에서, CDMA 존들은 서로 인접하지 않고 그것의 이웃 CDMA 존들로부터 같은 거리에 있다. 다른 실시예에서, CDMA 존들은 서로 인접할 수 있다. 또 다른 실시예에서, CDMA 존들은 전체 대역폭을 점유할 수 있다, 즉, OFDMA 존들이 없다.
OFDMA 그룹의 직교 서브-캐리어들을 포함하는 트래픽 채널은 OFDMA 트래픽 채널로서 본 명세서에 지칭되고, 한편 CDMA 그룹에서 직교 서브-캐리어들을 포함하는 트래픽 채널은 CDMA 트래픽 채널로서 본 명세서에 지칭된다. 전술된 것처럼, OFDMA 유형 신호들은 잘 공지된 OFDMA 기술들에 따라 생성되는 신호들이고, CDMA 유형 신호들은 잘 공지된 CDMA 및 OFDMA 기술들에 따라 생성되는 신호들이다. 다른 실시예에서, OFDMA 유형 신호들은 잘 공지된 인터리브된 주파수 분할 다중 접속(Interleaved Frequency Division Multiple Access;IFDMA) 기술, 또는 FDMA 시스템을 통해 신호들을 생성하기 위한 임의 유형의 기술에 따라 생성되는 신호들일 수 있다. 유사하게, CDMA 유형 신호들은 단지 CDMA 기술들에 따라, 혹은 CDMA 및 IFDMA 기술들에 따라 생성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 무선 통신 시스템에서 사용되기 위해, 일 실시예에 따른, 송신기(300)의 개략도를 나타낸다. 송신기(300)는 CDMA 유형 신호들을 처리하기 위한 제 1 부분(380), 그리고 OFDMA 유형 신호들을 처리하기 위한 제 2 부분(390)을 포함한다. 제 1 부분(380)은 승산기들(305, 310, 320, 315), 합산기(325), 직렬-대-병렬(S2P) 컨버터(330), K 선코더들(335), IFFT 모듈(350), 사이클 프리픽스 삽입기(360), 및 시간 도메인 필터(370)를 포함한다. 제 2 부분(390)은 변조기(340), S2P 컨버터(345), IFFT 모듈(350), 사이클 프리픽스 삽입기(360), 및 시간 도메인 필터(370)를 포함한다. 선코더들(335)은 그 자신의 입력들에 변환 연산을 수행하기 위해 주파수 도메인 채널에 기반된 행렬 혹은 DFT 행렬을 사용하도록 동작가능하다. 각각의 선코더(335)는 Nz 출력 포트들을 갖는다. IFFT 모듈(350)은 그 자신의 입력들에 변환 연산을 수행하기 위해 IFFT 행렬을 사용하도록 동작가능하다. IFFT 모듈(350)은 NFFT 입력 포트들을 가지며, NFFT 입력 포트들은 CDMA 존들에 속하는 직교 서브-캐리어들과 연관된 K x Nz 포트들 그리고 OFDMA 존들에 속하는 직교 서브-캐리어들과 연관된 NFFT-K x Nz 입력 포트들을 포함한다.
제 1 부분(380)에서, 파일럿(pilot) 심볼들 및 인코딩된 데이터 심볼들은 승산기들(305, 310)에 입력들로서 제공된다. 파일럿과 인코딩된 데이터 심볼들은 스프레딩(spreading) 인자들 Ncp와 Ncd 각각으로, 왈쉬(Walsh) 코드들과 같은, 스프레딩 코드들을 사용하여 스프레딩된다. 일 실시예에서, 스프레딩 인자 Ncp는, 무선 통신 시스템에서 CDMA 존들의 수인 Nz와 같다. 스프레드 파일럿과 데이터 심볼들은, 각각 파일럿과 데이터 칩들(chips)을 생성하기 위해, 의사-랜덤 잡음(Pseudo-random Noise;PN) 코드들과 같은, 파일럿 및 데이터 스크램블링(scrambling) 코드를 사용하여 승산기들(315, 320)에서 후속적으로 스크램블링되고, 스크램블링 코드들은 기간 N을 가지며, N >> Ncp, Ncd이다. 스크램블링 코드들은 CDMA 존에 특정할 수 있다. 또한, 스크램블링 코드들은 제 1 부분(380)의 파일럿 및 데이터 분기들(branches)에 대해 상이한 오프셋들을 가질 수 있다. 또한, 스크램블링 코드들은 제 1 부분(380)의 파일럿 및 데이터 스크램블링 코드들에 대한 상이한 오프셋들을 가질 수 있다. 파일럿 및 데이터 칩 스트림들은 코드 멀티플렉스 신호를 생성하기 위해 합산기(325)에서 멀티플렉싱된 코드이고, 코드 멀티플렉스 신호는 K x Nz 코드 멀티플렉스 칩들로 구성된다. 다른 실시예에서, 파일럿 및 데이터 칩 스트림들은 시간 멀티플렉싱된다. 본 출원서의 목적들을 위해, CDMA 유형 신호는 코드 혹은 시간 멀티플렉스 칩 신호, 또는 코드 혹은 시간 멀티플렉스 칩 신호로부터 유도되는 임의 신호인 것으로서 해석될 수 있다.
코드 멀티플렉스 신호는, K 선코더들(335) 사이에 일정하게 코드 멀티플렉스 칩들을 분포시키는 S2P 컨버터(330)에 입력으로서 제공된다. 일 실시예에서, 코드 멀티플렉스 칩들은 Nz 코드 멀티플렉스 칩들의 블럭으로서 제공될 수 있다. 예를 들어, 제 1 Nz 코드 멀티플렉스 칩들은 제 1 선코더(335)에 입력으로서 제공되고, 다음 Nz 코드 멀티플렉스 칩들은 제 2 선코더(335)에 입력으로서 제공되고, 기타등등. 다른 실시예에서, S2P 컨버터(330)는 K 혹은 그 이하의 선코더들 사이에서 불규칙하게 코드 멀티플렉스 칩들을 분포시킬 수 있고, 코드 멀티플렉스 칩들의 블럭은 Nz와 다른 크기일 수 있다.
선코더들(335)은 행렬을 사용하여 시간 도메인의 입력 벡터를 주파수 도메인 의 벡터로 변환 연산을 수행한다. 선코더들(335)의 입력 및 출력 벡터들이 Nz 요소들 혹은 칩들을 구성함을 주목한다. 일 실시예에서, 선코더들(335)은, 크기 Nz x Nz의 DFT 행렬 F를 사용하여 시간 도메인으로부터 주파수 도메인으로 Nz 코드 멀티플렉스 칩들을 포함하는 입력 벡터를 변환하고, 여기서 행렬 F에 대한 엔트리들은
Figure 112008050078811-PCT00005
그리고
Figure 112008050078811-PCT00006
로서 정의되는, DFT이다. DFT 선코더의 입력에서 코드 멀티플렉스 칩들이 벡터 s로서 정의되고, 여기서
Figure 112008050078811-PCT00007
이고, T는 전치(transpose) 연산을 나타내면, DFT 선코더의 출력은 벡터 x로서 정의될 수 있고, 여기서
Figure 112008050078811-PCT00008
이고, Nz 선-코드된 요소들 혹은 칩들을 포함한다. 다른 실시예들에서, 선코더들(335)은 단위 행렬을 사용하여 코드 멀티플렉스 칩들을 시간 도메인으로부터 주파수 도메인으로 변환할 수 있다. 또한, 선코더들(335)은, 변환에 선-균등화(pre-equalization) 기술들이 적용되도록 하는 채널에 민감한 행렬을 사용할 수 있다.
일 실시예에서, K 선코더들(335)의 Nz 출력 포트들의 각각은 CDMA 존들에 속하는 직교 서브-캐리어들과 연관된 IFFT(350)의 포트들에 개별적으로 매핑된다. IFFT 모듈(350)의 Nz 출력 포트들에서 입력 포트들로의 정확한 매핑은, 어느 특정 직교 서브-캐리어들에 CDMA 유형 신호들이 송신되는 지에 종속하여 재구성가능할 수 있다.
제 2 부분(390)에서, 인코딩된 데이터 심볼들은 변조기(340)에 의해, BPSK, QPSK, 8PSK, 16QAM, 및 64QAM과 같은, 잘 공지된 변조 기술들을 사용하여, 데이터 심볼들을 K 변조 심볼들 Sk로 변환하여, S2P 컨버터(345)로의 입력으로서 제공되고, 여기서 K <= N이다. S2P 컨버터(120)는 변조 심볼들의 병렬 스트림들을 출력하여, 이것은 인코딩된 데이터 심볼들이 송신되는 직교 서브-캐리어들과 연관되는 IFFT 모듈(130)의 하나 이상의 포트들로 입력들로서 제공된다.
IFFT 모듈(350)에서, IFFT는 칩들 cn의 블럭을, 여기서 n=0,...,NFFT-1, 생성하기 위해 변조 심볼들 Sk와 선-코딩된 칩들(즉, 선코더의 출력)에 적용된다. 사이클 프리픽스 삽입기(360)는 NFFT 칩들의 블럭 중의 최종 Ncp 칩들을 복사하여, 이들을 프리펜딩된 블럭을 생성시키는 NFFT 칩들의 블럭에 프리펜딩한다. 그 후, 프리펜딩된 세트는 시간 도메인 필터(150)를 통해 필터링되고, 후속적으로 송신되기 전에 캐리어로 변조된다.
본 발명이 특정 실시예들을 참조하여 매우 상세하게 설명되었지만, 다른 버전들이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 취지 및 범위는 본 명세서에 포함된 실시예들의 설명에 제한되어서는 안 된다.

Claims (10)

  1. 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 장치에 있어서,
    제 1 직교 서브-캐리어 세트(orthogonal sub-carrier set)를 통해 제 1 신호 유형을 송신하고, 제 2 직교 서브-캐리어 세트를 통해 제 2 신호 유형을 송신하기 위한 송신기로서, 상기 제 1 신호 유형은 코드 분할 다중 접속(code division multiple access;CDMA)과 직교 주파수 분할 다중 접속(orthogonal frequency division multiple access;OFDMA) 기술들에 따라 처리되는 신호이고, 상기 제 1 및 제 2 신호 유형들은 상이한 유형들인, 상기 송신기를 포함하는, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 송신기는,
    시간 도메인의 입력 벡터를 주파수 도메인의 출력 벡터로 변환 연산을 수행하기 위한 선코더(precoder)로서, 상기 입력 및 출력 벡터들은 N 코드 멀티플렉스 칩들(code multiplexed chips)로 구성되고, 상기 제 1 신호 유형과 연관되는, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 선코더는, 상기 입력 벡터를 변환하기 위해 크기 N x N의 이산 푸리에 변환(discrete Fourier transform) 행렬을 사용하는 이산 푸리에 변환기인, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 선코더는 단위 행렬을 사용하여 상기 입력 벡터를 상기 출력 벡터로 변환하는, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 선코더는, 선균등화(preequalization) 기술들이 상기 변환 연산에 적용되도록 하는 행렬을 사용하는, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 송신기는,
    X 칩들의 블럭을 생성하기 위해 X 입력들에 IFFT(inverse fast Fourier transformation)를 적용하기 위한 IFFT 모듈로서, 상기 X 입력들은 상기 제 2 신호 유형과 연관된 변조 심볼들과 출력 벡터를 포함하는, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 송신기는,
    X 칩들의 블럭으로부터 Y 칩들을 X 칩들의 블럭으로 프리펜딩하여 프리펜딩된(prepended) 블럭을 생성하기 위한 사이클 프리픽스 삽입기(cyclic prefix inserter)를 포함하는, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, Y는 파일럿 심볼들(pilot symbols)에 대해 사용되는 스프 레딩(spreading) 인자에 대응하는, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 신호 유형은 OFDMA 기술들에 따라 처리되는 신호인, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 직교 서브-캐리어 세트는 복수의 제 1 직교 서브-캐리어들의 교집합이 없는 서브-세트들(disjointed sub-sets)로 구성되는, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 장치.
KR1020087016929A 2006-01-13 2007-01-12 Ofdma와 cdma 기술들을 사용하는 무선 통신시스템 KR20080082979A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

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