KR20090036664A - 다중입출력 통신시스템의 동작 모드 선택 장치 및 방법 - Google Patents

다중입출력 통신시스템의 동작 모드 선택 장치 및 방법 Download PDF

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KR20090036664A
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Abstract

본 발명은 이동통신 시스템의 처리 양을 향상시키기 위한 동작 모드를 선택하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 수신하는 파일럿(pilot) 신호 또는 무선 신호의 프리엠블(preamble)을 이용하여 측정한 CINR에 대한 확률적인 평균과 분산을 추정하는 CINR 추정부와, 상기 추정한 CINR에 대한 확률적인 평균과 분산을 이용하여 MCS_Level별 처리양을 계산하여 최대 처리양을 갖는 MCS level을 선택하는 성능 계산부와, 상기 선택한 최대 처리양을 갖는 MCS level의 동작 모드를 선택하는 동작 모드 선택부를 포함하여 순시 CINR의 평균과 표준 편차를 이용하여 최대 처리양을 갖는 동작 모드를 선택함으로써, CINR의 평균을 이용하여 동작 모드를 선택하는 기존의 이동통신 시스템보다 정확한 채널 품질을 추정할 수 있다. 즉, 기존의 이동통신 시스템에서 정확하지 않은 CINR의 평균을 측정한 상태에서 동작 모드를 선택하게 되는 문제점을 해결할 수 있다.
다중입출력 (MIMO), 공간다중화 (Spatial multiplexing), 다이버시티(diversity)

Description

다중입출력 통신시스템의 동작 모드 선택 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MODE CONTROL IN MIMO COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 다중입출력 통신시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 순시 CINR의 평균과 표준 편차를 이용하여 최대 처리양을 갖는 동작 모드를 선택하는 다중입출력 통신시스템에 관한 것이다.
최근의 무선통신기술은 다양한 멀티미디어 통신을 목표로 하고 있으며 이에 따라 고속의 데이터 전송기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 3세대 무선통신 시스템에서는 부호 분할 다중 접속(CDMA ; Code Devision Multiple Access) 전송 방식으로 하고 있으나, 상기 CDMA 방식은 대용량의 무선 데이터를 처리하는데 한계가 있기 때문에 차세대 무선 통신 시스템의 전송방식으로 다중 반송파 기반의 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA ; Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) 전송 방식이 고려되고 있다.
상기 직교 주파수 분할 다중 접속방식의 기본 개념은 직렬로 입력되는 데이 터 열을 N개의 병렬 데이터 열로 변환하여 각각 분리된 부반송파(subcarrier)에 실어 전송함으로써 데이터율(date rate)을 높이는 것이다. 상기 직교 주파수 분할 다중 접속에서 부반송파들은 직교성을 갖기 때문에 각 부반송파는 스펙트럼 상에서 중첩이 허용된다. 또한 수신 장치에서는 간단한 신호 처리 기법으로 부반송파를 분리해 낼 수 있고, 이로 인하여 하나의 반송파를 사용하여 데이터를 순차적으로 전송하는 경우보다 전송되는 심볼의 간격이 길어져 채널의 지연시간 영향과 임펄스 잡음의 영향을 덜 받게 된다. 또한, 연속된 심볼간의 간섭을 줄일 수 있어 다중 경로 채널에 강하며 채널 등화의 복잡도를 줄일 수 있고 일반적인 주파수 분할 방식에 비하여 스펙트럼의 효율을 높일 수 있다.
차세대 무선 통신 시스템에서 목표로 하는 전송 속도를 만족시키는 것은 단순히 전송 대역폭을 증가시키는 것만으로는 부족하다. 주어진 대역폭에서 전송 속도를 증가시키기 위한 방법으로는 여러 가지 방법이 있겠지만, 현재까지는 다중 안테나를 사용하는 기법이 가장 효과적인 것으로 알려져 있다.
상기 다중 안테나를 사용하여 전송률을 증가시키는 다중입출력(MIMO ; multiple input multiple output) 기법은 광대역 전송에는 적용하기 어려운 점을 가지고 있다. 그러나, 상기 직교 주파수 분할 다중 접속의 특징을 이용하면 다중입출력 기법을 광대역 전송에도 적용 시킬 수가 있다. 이런 이유로 다중입출력 방식과 직교 주파수 분할 다중 접속을 결합시키는 방법에 대한 연구가 현재 활발하게 이루어지고 있으며, 새로운 방법이 제안되고 있다.
상기 다중입출력 방식은 주어진 데이터율에 대해 수신 신뢰도를 개선하거나 주어진 신뢰도에 대해 데이터율을 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 다시 말해, 채널상태가 열악한 환경에서는 동일한 데이터를 다중 패스를 통해 전송함으로써 다이버시티 이득을 얻을 수 있으며 채널상태가 양호한 환경에서는 개별 데이터 스트림들을 서로 다른 공간 채널들을 통해 병렬로 전송함으로써 다중화 이득을 얻을 수 있다.
상기 다중입출력 방식과 관련하여 현재 진행되고 있는 대부분의 연구활동은 최대 다이버시티 이득 (diversity gain) 또는 최대 공간 다중화 이득 (spatial multiplexing gain)을 얻기 위한 전송방식에 집중되고 있으며 채널 변화에 따라 다이버시티 모드와 다중화 모드를 스위칭하는 방식도 제안되고 있다.
이러한 전송 모드 스위칭 방식의 하나인 링크 적응 알고리즘은 신호 대 잡음비 (SNR)와 시간/주파수 지시자 (time/space indicator)를 기반으로 전송 다이버시티 (TM ; transmission diversity) 와 공간 다중화 (SM ; spatial multiplexing) 모드가 스위칭을 통해 대역효율을 최대화 할 수 있도록 설계되었다.
상기 전송 모드 스위칭 방식은 수신 장치 즉 휴대용 단말기에서 측정한 평균 CINR과 상태 변수(relative condition number)가 기지국으로 feedback 되어서 LUT(Look-Up-Table)와 비교한 후 다중입출력 동작 모드(MIMO mode)를 선택하는 방식이다.
하지만, 상기와 같은 방법은 상기 휴대용 단말기에서 측정한 평균 CINR값을 이용하여 동작 모드를 선택하는 방식으로 상기 휴대용 단말기에서 평균 CINR값을 정확하게 측정하지 않을 경우, 올바른 동작 모드를 선택할 수 없다는 문제점이 있 다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 이동통신 시스템의 처리 양을 향상시키기 위한 동작 모드를 선택하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 이동통신 시스템에서 순시 신호의 평균과 표준 편차를 이용하여 동작 모드를 선택하도록 하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 수신 장치에서 처리 성능을 향상시키기 위한 동작 모드 선택 장치는 수신하는 파일럿(pilot) 신호 또는 무선 신호의 프리엠블(preamble)을 이용하여 측정한 CINR에 대한 확률적인 평균과 분산을 추정하는 CINR 추정부와, 상기 추정한 CINR에 대한 확률적인 평균과 분산을 이용하여 MCS_Level별 처리양을 계산하여 최대 처리양을 갖는 MCS level을 선택하는 성능 계산부와, 상기 선택한 최대 처리양을 갖는 MCS level의 동작 모드를 선택하는 동작 모드 선택부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 이동통신 시스템의 수신 장치에서 처리 성능을 향상시키기 위한 동작 모드 선택 방법은 수신하는 파일럿(pilot) 신호 또는 무선 신호의 프리엠블(preamble)을 이용하여 순시 캐리어 신호대 간섭(CINR)을 측정하여 상기 순시 CINR에 대한 확률적인 평균과 분산 을 추정하는 과정과, 상기 추정한 CINR에 대한 확률적인 평균과 분산을 이용하여 MCS_Level별 처리양을 계산하여 최대 처리양을 갖는 MCS level을 선택하는 과정과, 상기 선택한 최대 처리양을 갖는 MCS level의 동작 모드를 송신 장치로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 이동통신 시스템의 처리 양을 향상시키기 위한 동작 모드를 선택하기 위하여 순시 CINR의 평균과 표준 편차를 이용하여 최대 처리양을 갖는 동작 모드를 선택함으로써, CINR의 평균을 이용하여 동작 모드를 선택하는 기존의 이동통신 시스템보다 정확한 채널 품질을 추정할 수 있다. 즉, 기존의 이동통신 시스템에서 정확하지 않은 CINR의 평균을 측정한 상태에서 동작 모드를 선택하게 되는 문제점을 해결할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 설명에서는 이동통신 시스템의 처리 양을 향상시키기 위한 동작 모드를 선택하기 위한 장치 및 방법에 대하여 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따라 이동통신 시스템의 동작 모드를 결정하는 수신 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
상기 도 1을 참조하면, 상기 수신 장치(100)는 CINR 측정부(CINR measure)(102), CINR 추정부(CINR Predictor)(104), 성능 계산부(Metric calculator)(106), 동작 모드 선택부(MIMO mode selector)(108), 버스트 복조기(Burst Demodulator)(110), CINR 임계치 조정부(CINR Threshold adjustment block)(112)를 포함하여 구성할 수 있다.
먼저, 상기 수신 장치(100)의 CINR 측정부(102)는 무선 채널을 통해 송신 장치로부터 수신하는 파일럿(pilot) 신호 또는 무선 신호의 프리엠블(preamble)을 이용하여 순시 캐리어 신호대 간섭(CINR)을 측정하며, 상기 CINR 추정부(104)는 상기 CINR 측정부(102)에 의해 측정된 순시 CINR에 대한 확률적인 평균과 분산을 추정한다. 다시 말해서, 상기 수신 장치(100)는 CINR 측정부(102)에 의해 측정되는 프레임마다의 하향 링크 CINR(downlink CINR)을 dB 변환하여 상기 CINR 추정부(104)로 제공하고 상기 CINR 추정부(104)는 상기 순시 CINR에 대한 확률적인 평균과 분산을 추정하여 상기 성능 계산부(106)로 제공한다. 상기 CINR에 대한 확률적인 평균과 분산을 추정하는 방법을 간단하게 설명하면 다음과 같다.
상기 수신 장치(100)는 상기 CINR 추정부(104)에 의해 출력되는 추정 CINR 값과 상기 프레임마다 측정한 순시 CINR 값을 차이인 오차 값을 계산한 후, 상기 측정한 오차 값을 제곱기로 제공하여 오차의 크기를 구한다. 이후, 상기 수신 장 치(100)는 상기 오차의 크기가 가장 작은 순시 CINR 값을 상기 순시 CINR의 평균 값으로 선택한다.
상기 성능 계산부(106)는 상기 CINR 추정부(104)에 의해 추정된 상기 CINR에 대한 확률적인 평균과 분산을 이용하여 MCS_Level별 처리양을 계산한 후, 각각의 동작 모드(STC, SM)별 최대 처리양을 갖는 MCS level을 선택한다.
여기에서, 상기 성능 계산부(106)는 하기 <수학식 1>을 이용하여 MCS_Level별 처리양을 계산할 수 있다.
Figure 112007072566681-PAT00001
여기에서, 상기 Pth는 예측 처리양이고, p는 순시 CINR에 대한 확률값으로 p=P(r>=rthreshold) 조건을 만족한다. 상기 b는 각각의 MCS Level의 슬롯당 전송량(byte)를 나타낸다. 또한, 상기 c는 MIMO 모드의 동작 모를 나타낸다. r은 순시 CINR이고, rthreshold 는 처리양 계산에 필요한 임계값을 나타낸다.
상기 동작 모드 선택부(108)는 상기 성능 계산부에 의해 최대 처리양의 MCS_Level로 동작할 경우, 최대 처리양을 갖는 동작 모드(MIMO mode)를 선택하여 송신 장치로 전송한다. 여기에서, 상기 동작 모드는 전송 다이버시티 (TM ; transmission diversity) 와 공간 다중화 (SM ; spatial multiplexing) 모드를 말한다.
상기 CINR 임계치 조정부(112)는 상기 버스트 복조기(110)의 CRC 결과를 이용하여 처리양 계산에 필요한 임계값을 조정한다. 다시 말해서, 상기 CINR 임계치 조정부(112)는 초기 임계값 설정시 HAQR 버스트(burst) 전송시 단기간 패킷 에러율(PER) 곡선에서 타겟 패킷 에러율을 만족하는 CINR값으로 설정한다. 이렇게 설정된 초기 CINR 임계값은 버스트 복조기(110)의 CRC 결과 값을 이용하여 CRC가 타겟 패킷 에러율을 만족하지 못할 만큼 많이 에러가 나는 경우에는 옵셋(OFFSET)을 더해서 높여주고, 반대의 경우에는 옵셋 만큼 낮춰준다. 이러한 적응적 과정은 outer loop를 형성한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수신 장치에서 처리 성능을 향상시키기 위한 동작 모드 선택 과정을 도시한 흐름도이다.
상기 도 2를 참조하면, 상기 수신 장치(100)는 먼저, 201단계에서 무선 채널을 통해 송신 장치로부터 수신하는 파일럿(pilot) 신호 또는 무선 신호의 프리엠블(preamble)을 이용하여 순시 캐리어 신호대 간섭(CINR)을 측정한 후, 203단계로 진행하여 상기 순시 CINR에 대한 확률적인 평균과 분산을 추정한다.
여기에서, 상기 수신 장치(100)는 프레임마다의 하향 링크 CINR(downlink CINR)을 dB 변환한 후, 상기 순시 CINR에 대한 확률적인 평균과 분산을 추정한 후, 추정 CINR 값과 상기 프레임마다 측정한 순시 CINR 값을 차이인 오차 값을 계산하여 오차의 크기를 구한다. 이후, 상기 수신 장치(100)는 상기 오차의 크기가 가장 작은 순시 CINR 값을 상기 순시 CINR의 평균 값으로 선택하며, 상기 순시 CINR에 대한 확률적인 평균과 분산을 추정하는 과정은 하기 도 3에서 상세히 설명할 것이다.
이후, 상기 수신 장치(100)는 205단계로 진행하여 추정된 성능 계산부(106)로 하여금 상기 CINR에 대한 확률적인 평균과 분산을 이용하여 MCS_Level별 처리양을 계산한 후, 207단계로 진행하여 각각의 동작 모드(STC, SM)별 최대 처리양을 갖는 MCS level을 선택하도록 처리한다.
여기에서, 상기 성능 계산부(106)는 하기 <수학식 2>를 이용하여 MCS_Level별 처리양을 계산할 수 있다.
Figure 112007072566681-PAT00002
여기에서, 상기 Pth는 예측 처리양이고, p는 순시 CINR에 대한 확률값으로 p=P(r>=rthreshold) 조건을 만족한다. 상기 b는 각각의 MCS Level의 슬롯당 전송량(byte)를 나타낸다. 또한, 상기 c는 MIMO 모드의 동작 모를 나타낸다. r은 순시 CINR이고, rthreshold 는 처리양 계산에 필요한 임계값을 나타낸다.
이후, 상기 수신 장치(100)는 209단계로 진행하여 상기 최대 처리양의 MCS_Level로 동작할 경우, 최대 처리양을 갖는 동작 모드(MIMO mode)를 선택한 후, 211단계로 진행하여 송신 장치로 전송한다.
이후, 상기 수신 장치(100)는 본 알고리즘을 종료한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 수신 장치에서 순시 CINR에 대한 확률적인 평균과 분산을 추정하는 과정을 도시한 흐름도이다.
상기 도 3을 참조하면, 상기 수신 장치(100)는 먼저, 301단계에서 순시 캐리어 신호대 간섭(CINR)를 확인한다. 여기에서, 상기 CINR는 무선 채널을 통해 수신하는 파일럿(pilot) 신호 또는 무선 신호의 프리엠블(preamble)을 이용하여 확인할 수 있다.
이후, 상기 수신 장치(100)는 303단계로 진행하여 프레임마다의 하향 링크 CINR(downlink CINR)을 dB 변환하여 상기 순시 CINR에 대한 확률적인 평균과 분산을 추정한 후, 305단계로 진행하여 상기 추정 CINR 값과 상기 프레임마다 측정한 순시 CINR 값을 차이인 오차 값을 계산한다.
이후, 상기 수신 장치(100)는 307단계로 진행하여 오차의 크기를 구한 후, 309단계로 진행하여 상기 오차의 크기가 가장 작은 순시 CINR 값을 상기 순시 CINR의 평균 값으로 선택한다.
이후, 상기 수신 장치(100)는 본 알고리즘을 종료한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수신 장치에서 최대 처리 양을 계산하는 과정을 도시한 도면이다.
상기 도 4를 참조하면, 먼저, 상기 수신 장치(100)는 프레임당 CINR을 측정(Rate 200Hz)한 상태임을 가정한다. 상기 프레임마다 측정한 CINR값은 dB로 변환 하여 상기 순시 CINR에 대한 확률적인 평균과 분산을 추정한 후, 상기 추정 CINR 값과 상기 프레임마다 측정한 순시 CINR 값을 차이인 오차 값을 계산한다. 상기 수신 장치(100)는 상기 오차 값을 이용하여 순시 CINR 값을 상기 순시 CINR의 평균 값(μ)으로 선택한다.
또한, 이때의 오차를 표준 편차(s)로 선택한다. 상기 도 4와 같이 매 frame마다 측정되는 순시 CINR값이 평균이고, 상기 표준 편자가 s인 가우시안 분포를 가진다고 가정한 상태에서 처리율을 계산할 경우, 최대 처리율을 가지는 MCS-Level은 1레벨(MCS1)이 된다. 상기 도 4에서 제시된 확률값(p)는 표준 가우시안 누적 분포 테이블을 이용하여 계산할 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따라 이동통신 시스템의 동작 모드를 결정하는 수신 장치의 구성을 도시한 블록도,
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수신 장치에서 처리 성능을 향상시키기 위한 동작 모드 선택 과정을 도시한 흐름도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 수신 장치에서 순시 CINR에 대한 확률적인 평균과 분산을 추정하는 과정을 도시한 흐름도 및,
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수신 장치에서 최대 처리 양을 계산하는 과정을 도시한 도면.

Claims (8)

  1. 수신 장치에서 처리 성능을 향상시키기 위한 동작 모드 선택 장치에 있어서,
    수신하는 파일럿(pilot) 신호 또는 무선 신호의 프리엠블(preamble)을 이용하여 측정한 CINR에 대한 확률적인 평균과 분산을 추정하는 CINR 추정부와,
    상기 추정한 CINR에 대한 확률적인 평균과 분산을 이용하여 MCS_Level별 처리양을 계산하여 최대 처리양을 갖는 MCS level을 선택하는 성능 계산부와,
    상기 선택한 최대 처리양을 갖는 MCS level의 동작 모드를 선택하는 동작 모드 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 동작 모드 선택 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 동작 모드는,
    전송 다이버시티 (TM ; transmission diversity) 모드, 공간 다중화 (SM ; spatial multiplexing) 모드 가운데 적어도 어느 한 가지를 포함하는 것을 특징으로 하는 동작 모드 선택 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 성능 계산부는,
    하기 <수학식 3>을 이용하여 상기 MCS_Level별 처리양을 계산하는 것을 특징으로 하는 동작 모드 선택 장치.
    Figure 112007072566681-PAT00003
    여기에서, 상기 Pth는 예측 처리양이고, p는 순시 CINR에 대한 확률값으로 p=P(r>=rthreshold) 조건을 만족한다. 상기 b는 각각의 MCS Level의 슬롯당 전송량(byte)를 나타낸다. 또한, 상기 c는 MIMO 모드의 동작 모를 나타낸다. r은 순시 CINR이고, rthreshold 는 처리양 계산에 필요한 임계값을 나타낸다.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 CINR 추정부는,
    상기 측정한 CINR을 dB 변환하여 프레임마다 측정한 순시 CINR 값을 차이인 오차 값을 계산하여 상기 계산한 오차 값에 대한 크기를 구하고, 상기 오차 값이 가장 작은 순시 CINR 값을 상기 순시 CINR의 평균 값으로 선택하여 상기 추정한 CINR에 대한 확률적인 평균과 분산을 추정하는 것을 특징으로 하는 동작 모드 선택 장치.
  5. 이동통신 시스템의 수신 장치에서 처리 성능을 향상시키기 위한 동작 모드 선택 방법에 있어서,
    수신하는 파일럿(pilot) 신호 또는 무선 신호의 프리엠블(preamble)을 이용하여 순시 캐리어 신호대 간섭(CINR)을 측정하여 상기 순시 CINR에 대한 확률적인 평균과 분산을 추정하는 과정과,
    상기 추정한 CINR에 대한 확률적인 평균과 분산을 이용하여 MCS_Level별 처리양을 계산하여 최대 처리양을 갖는 MCS level을 선택하는 과정과,
    상기 선택한 최대 처리양을 갖는 MCS level의 동작 모드를 송신 장치로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 동작 모드는,
    전송 다이버시티 (TM ; transmission diversity) 모드, 공간 다중화 (SM ; spatial multiplexing) 모드 가운데 적어도 어느 한 가지를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 MCS_Level별 처리양은,
    하기 <수학식 4>을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112007072566681-PAT00004
    여기에서, 상기 Pth는 예측 처리양이고, p는 순시 CINR에 대한 확률값으로 p=P(r>=rthreshold) 조건을 만족한다. 상기 b는 각각의 MCS Level의 슬롯당 전송량(byte)를 나타낸다. 또한, 상기 c는 MIMO 모드의 동작 모를 나타낸다. r은 순시 CINR이고, rthreshold 는 처리양 계산에 필요한 임계값을 나타낸다.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 추정한 CINR에 대한 확률적인 평균과 분산을 추정하는 과정은,
    상기 측정한 CINR을 dB 변환하여 프레임마다 측정한 순시 CINR 값을 차이인 오차 값을 계산하는 과정과,
    상기 계산한 오차 값에 대한 크기를 구하는 과정과,
    상기 오차 값이 가장 작은 순시 CINR 값을 상기 순시 CINR의 평균 값으로 선택하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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