KR930010271B1 - 통신링크의 품질 평가 장치 - Google Patents

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휴즈 에어크라프트 캄파니
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Abstract

내용 없음.

Description

통신링크의 품질 평가 장치
제1도는 데이타 통신링크를 포함하는 예시적인 송신기의 개략적인 블럭도.
제2도는 본 발명을 구현하는수신기의 개락적인 블럭도.
제3도는 위상코히어런트 복조를 이용하여 본 발명을 구현하는 수신기의 개략적인 블럭도.
제4도는 800개 채널비트에 걸쳐 채널비트 에너지 대 잡음 스택트럼 밀도 함수로서 정확한 판정 횟수를 포시함으로써, 제3도에 도시된 바와같은 링크품질 평가기의 기대된 성능특성을 도시한 도표.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
50 : 송신기 52 : 채널부호
60 : 변조기 70 : 수신기
72 : 복조기 76 : M진 복호기
78 : RS 복호기 80 : 링크 품질평가기
82, 106 : 변환기 84 : 지연장치
86 : L비트 비교수단
본 발명은 M진 부호화된 코드가 전송되는 통신링크의 품질을 평가하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히, 신호 대 잡음 세기가 넓은 범위에 걸쳐 변하는 링크상에서도 간단하고 정확하게 비트에러율 평가를 제공하기 위한 장치에 관한 것이다.
주어진 변조체계에 대해, 전송된 신호 대 잡음세기 및 수신된 비트 에러율간에는 통계적 관계를 알 수 있다. 전송신호 세기를 증가시킴에 따라, 비트에러율이 줄어들수 있다. 예들들면, "Principles of Communication Engineering, Wozencraft & Jacobs, wiley & Song, 1965"의 제4장 및 제5장을 참조하라. 불필요하게 전송신호세기를 증가하는 것은 많은 응용, 특히, 비승인자에의해 전송신호가 검출되는것을 최소화할 필요가 있는 전술상황에 대해 바람직하지 못하다. 따라서, 통신링크 품질 즉, 링크상의 신호 대 잡음비를 평가하여 그에 따라 전송신호 세기가 지정된 비트 에러율을 유지하도록 적응적으로 조절될 수 있는 것이 바람직하다.
어떤 선행장치들이 수신기에서 비트에러율을 평가하여 그에 따라 링크 품질의 평가를 얻는데 사용되었다. 그러나, 이들 장치는 비교적 저속으로 평가가 이루어진다는 것을 포함하여 여러 가지 단점에 시달려왔다. 하나의기법으로 기설정된 길이의 비트 순서열을 전송하고, 그다음, 수신된 비트를 수신되는 것으로 알려진 비트값과 비교하는 것이다. 매우 낮은 비트에러율이 요구되는경우에는, 상기 기설정된 비트순서열의 길이가 너무길어 상기 순서열을 전송하는데 요구되는 시간이 너무 길게 된다.
각각 다수의 M진 부호화딘 채널비트를 포함하는 연속적인 기호(Symbol)가 전송되는 디지틀 통신링크의 품질을 평가하기 위한 장치가 개시된다. 이러한 장치는 채널비트 기호를 수신하기 위한 수단, 상기 수신된 기호를 보고조하여 수시된 채널비트의 복조 세트를 제공하는 수단과, 각 M진 기호를한 세트의 M진 복호화된 비트로 복호화하기 이한 M진복호기를 포함한다.
이러한 통신 링크의 품질 평가장치는 하나의 M진 기호주기만틈 지연된 수신 채널 비트 스트림의 기호를 제공하기 위한 수단을 포함한다. 통신 링크의 품질 평가장치는 각 세트의 M진 복호화된 비트를 M진 부호화 체계에 따라 채널비트의 보조세트로변환하기 위한 수단을 더 포함한다.
상기 평가장치는 상기 채널비트의 지연된 기호와 상기 채널 비트의 보조세트간에 체널 비트 대 비트 비교를 수행하여,평가된 채널 비트에러율의 수를 나타내는 비교결과 신호를 제공하는 수단을 더 포함한다. 상기 결과 신호에 응답하는 수단은 하나 이상의 수신 채널 기호에 걸쳐 검출된 비트에러율을 표시하는 링크품질신호를 제공한다.
본 발명의 이들 및 다른 형태와 장점은 첨부한 도면에 도시된 바와 같은 예시적인 실시태양에 대한 이후의 상세한 설명으로부터 보다잘 알 수 있을 것이다.
본 발명은 링크 비트에러율을 간단하고 정확하게 평가할 수 있는 성능을 가진 통신링크의 품질 평가장치(LQE)로써, 신호 대 잡음 세기가 넓은 범위에 걸쳐 변화하는 링크상에서도 통신링크수단이 빠르게 적응하여 특정비트 에러율을 유지하도록 한다. 본 발명은 채널비트 에너지 대 잡음 스팩트럼 밀도에 관련한 수신된 에너지 대 잡음 스택트럼 밀도에 있어서의 충분한 이득을 제공하는 M진 부호화 체계를 이용하여 원하는 출력비트-에러-율(BER)을 제공하도록 한다. M진 부호화 체계는 테이타 비트들을 M개의 독특한 기호표시일 수있는 M진 기호로 부호화하는 것이다. 상기 LQE는 코히어 런트 또는 비코히어런트 신호 및 에러 정정복호기에 관련하여 또는 에러정정 복호기에 무관하게 사용될 수 있다. 링크품질의 평가는 L비트의 수신된 채널 비트 기호와 복호화 후의 M진 심볼의 최상 평가로부터 발생된 L비트의 보조채널 비트열을 비교함으로 알 수 있다. 검출된 에너는 계수되고 한정된 수의 M진 기호에 걸쳐 평균화된다. 이러한 평가는 그 다음 마이크로 프로세서에 이용될 수 있으며, 여기서, 상기 정보는 전송 전력 출력을 증가 또는 감소시키거나, 데이타율을 조절하는데 사용되어 통신수단의 사용을 최적화할 수 있다. 상기 LQE는 동상 및 직각채널이 적응적으로 양자화되어 그에 따라 절대 비트 레벨이라기 보다는 진폭을 나타낼 수 있는 비코히어런트 복조를 사용하는 시스템에 있어서 매력적이다.
제1도에 데이타 통신 링크의 일부를 형성하는 예시적인 송신기(50)의 개략적인 아키텍쳐가 도시된다. 채널부호기(52)는 많은수의 채널비트에 데이타비트 에너지를 효과적으로 분산(spread)시키는 어떤 포멧을 가질 수 있다. 예로서, 신호원 부호기(52)는 M진 기호 부호기(56) (M=16)가 후속하는 리드-솔로몬(Reed-Solomon :"RS")(16,18) 순방향 에러 정정부호기(54)를 포함한다. 두 부호기(54,56)은 입력 데이타에 용장도를 부가하여 수신기에서비트의 정확한 수신을 용이하게 하는데 사용된다. 이러한 데이타의 사전 "분산화(spreading)"는 본 발명에 따라, 이후에 설명될 정확한 신호세기 평가를 위한 에러검출 및 계수에 이용된다. 이 데이타비트의 분산화는 이후에 M진 부호화로 표시될 것이다. M-진 부호화는 리드소로몬(Reed-Solomon)부호화와 같은 에러 정정코드화와 함께 또는 그것 없이 사용될 수 있다.
M진 직교 신호 체계에 있어서, 신호파형은 수신기에서 상호-상관관계(cross-correlation)를 최소화하기 위해 직교가 되도록 선택된다. 16진 시스템에 대해, 하나의 가능성 있는 구현으로 16직교 16비트 패턴을 사용한다. 하나의 가능한 표시로는 L-비트 직교열을 제공하는 것이다. 여기서, L은 M보다 크거나 같다. 따라서, 일예에 있어서, M과 L은 모두 16의 값을 갖는다. 이들 패턴은 M진 채널비트 기호이다. "채널비트"는 이 M진 기호의 L=16인 서브-성분중의 하나이다.
상술한 예를 이용하여 에너지 분산화를 표시하면 Ec/No=S(Eb/No)
여기서, Ec/No=채널비트의 에너지 대 잡음 스팩트럼 밀도
Eb/No=테이타 비트의 에너지 대 잡음 스팩트럼 밀도
S=확산비
이 식은 16비트 채널 기호에 걸친 데이타 비트 에너지의 분산에 전적으로 의존하나다. 사실상, 본예에 있어 매 2개 데이타 비트에 대해 16 : 2 또는 8 : 1 에너지비를 제공하는 14개 부가 채널비트가 있다.(본 예에서 S=1/8).코드화된 16진 기호(16,8) 리드솔로몬 코드화를 사용)은 2개의 데이타 비트를 포함한다.
그에 따라, 본예에 있어서는, 데이타 발생율과는 독립하여 데이타 비트당 8개의 채널비트가 있다. 데시벨로 표시하면 이양은 (Ec/No)dB=Eb/No)dB-9dB이다
채널비트의 에너지 대 잡음 밀도가 데이타 비트의 에너지 대 잡음밀도 보다 9dB 적다는 사실이 링크 품질 평가기의 일부로서의 수신기에서 비트에러를 계수하는데 이용된다.
채널 부호기(52)로부터 부호화된 데이타는 알려진 분산 스팩트럼 기법에 따라 변조기(58)에 의해 PN코드를 갖는 의사잡음 (PN) 칩 데이타와 합성되어, 그 다음 송신 신호를 제공하는 변조기(60)에 의해 RF 캐리어상에서 변조된다. 본 기술분야의 숙련자에 의해 알수있는 바와 같이 채널비트당 PN 칩의 수는 전송되는 데이타 발생율 및 링크에 할당된 확산스팩트럼 처리이득에 따른다.
제1도에 도시된 송신기 아키택쳐는 본 기술분야에 잘 알려져 있다. 의사잡음, 즉, 분산 스팩트럼 코드 오버레이의 사용은 링크 품질평가기의 동작에 필수적인 것은아니다. 그러나, 이것은 링크 품질 평가기가 이용될 수 있는 고 재밍 방지 통신시스템에서 실현되는 공통 부호화를 나타낸다.
테이타 통신링크를 포함하는 수신기(70)가 제2도의 개략적인 블럭도에 도시된다. 수신된 신호는 통상적인 복조기(72)에 의해 복조되어 수신된 M진 부호화 PN칩 스트림을 제공한다. 복조기(72)는 수신된 IF 신호 레벨을 링크에 의해 이용된 특정 M진 심볼 부호화 패턴에 따라 대응 PN칩으로 매핑된다. 수신된 PN칩 스트림은 PN디스프리더(despreader) 및 칩적분기(74)를 통과하며, 여기서, 수신된 채널 비트스트림이 취해진다. 잘 알려진 바와 같이, 적분기(74)의 기능은 다수의 PN칩에 걸친 에너지를 합해서 채널 비트를 복구한다. 그 결과의 채널비트는 M진 복호기(76)(본 예에서는 M=16)에 의해 복호화되어 리드 소로몬(RS)부호데이타 비트의 세트들을 제공한다. 복호기(76)의 출력은 그다음 리드 솔로몬 복호기(78)에 의해 복호화되어 수신된 데이타비트를 제공한다.
상술한 수신기의 동작은 통상적이다. 본 발명에 따르면 수신기(70)는 통신 링크외 품질평가장치("LQE")(80)를 더 포함한다. LQE(80)는 복호기(76)으로부터 복호화된 M진 기호를 수신한다. 각 복호화된 M진 기호는 본 실시예에 있어 4개의 RS코드 기호를 포함하며, 변환기(82)에 의해 특정응용을 위해 이용되는 특정 M진 부호화 체계에 따라 복호화된 M진 기호를 나타내는 보조 L비트(16-비트)기호로 매핑된다. 만일, 데이타통신링크에 에러가 없다면, 복구된 보조 16비트 기호는 복호기(76)에대한 입력인 16채널비트와 동일해야 한다. 바람직한 일실시예에 있어서, 변환기(82)는 조사 테이블을 포함하며, 4비트로 복호화된 M진 기호의 각각의 가능한값에 대한 기설정 16-채널 비트 기호표시를 저장한다. 이러한 기호 표시는 전송된 데이타를 부호화하기 위해 송신기(50)의 16진 부호기(56)에 의해 사용된 표시와 동일하다. 예시적인 조사테이블이 표1에 도시된다.
[표 1]
Figure kpo00001
LQE(80)는 복호기(76)에 입력될 채널비트 데이타를 수신하여 16비트채널 비트의 한주기에 해당하는 하나의 M진 심볼주기(7)만큼 상기 데이타를 지연시키는 지연장치(84)를 더 포함한다. 상기 지연된 채널 비트 데이타 및 그대응 심볼 표시는 모두 채널비트대 비트 비교를 위해 비교기(86)에 제공되어, 다른 비트, 즉, 에러의수(또는 등가적으로 정확한 채널비트의 수)를 결정한다. 이러한 수는 그 다음 채널비트에러 평가를 위해 제공된다. 전형적으로, 채널비트 에러의 수는 어떤 기설정된 수(n)의 채널비트에 걸쳐 누산될 것이다. 상기 수(n)는 특정된 응용의 필요에 따라, 예를 들어, 요구된 비트에러 평가 갱신률에 부응하도록 선택된다.
16진 복조기(72)의 코드화된 데이타 비트 출력 또는 리드 솔로몬 복호기(78)의 복호화된 데이타 비트출력이 아니라 상기 채널 비트가 링크 품질 평가를 형성하기 위해 이용되는데 그 이유는 사용자 데이타의 BER대 Eb/N 의 곡선이 매우 가파른 경사를 가지며, RS 복호기(78)출력에서 데이타 비트에러율(BER) 이 매우 작은 값이기 때문이다. 여거서, N은 열잡음 No 및 재머 잡음 Nj의 조합을 표시한다. 채널 비트의 에너지대 잡음 스택트럼 밀도(Ec/N)는 상술한 바와같이 RS부호기(78)에 대한 코드화된 데이타 입력에 비해 9dB 낮으며, 이때문에 채널 비트 에러율이 복호기(78)로 부터의 테이타 링크 출력의 BER 보다 상당히 높게된다. 16진 복조기(76)의 출력에서의 RS 코드 심볼 에너지 대 스택트럼-잡음-밀도 비는 채널 비트 스트림이 취해지는 PN칩 적분기(74)의 출력에서 보다 6dB 더 높다. 예를들면, 채널비트에러가 Ec/N=-1.4dB에 대해 0.292인 경우, RS 디코더(78)출력체이타 (BER)는 10-6이다.
채널비트 스트림에 대한 BER 의 상기 더 높은 값은 대응 출력데이타 BER보다 주어진 LQE 측정 주기 내에서 보다 더 정확하게 측정될 수 있다. 또한, 채널 BER 대 Ec/N(dB)의 기울기는 전형적인 관심영역(-5dB<Ec/N<+1dB)내에서 보다 선형이며, 이 때문에 보다 더 넓은 범위에 걸쳐 채널 BER을 측정하는 것이 가능해진다. 후자의 요인은 재밍동안 종종 발생하는 Ec/N에 있어서의 커다란 변화에 대해 링크 품질평가의 변화를 정확하게 측정하는데 있어 중요하다.
비-코히어런트 기호 복조를 위해, 입중계 동상(I) 및 직각(Q) 신호가 가중된 진폭을 갖는 벡터로써 수신된다. 이들은 M-진 복호기(76)에 신호복조를 위해 공급되고, 결국 RS 복호기(78)에 공급된다. 복호기(76)에 의해 수신된 M-진 기호의 식별후에 그와 같은 기호의 L비트 보조표시는 변환기(82)를 이용하여 역순환되며, L비트 기호시간만큼 지연되었던 입중계 신호와 비교된다.
제3도의 실시예에 있어서 L비트, M진 기호, 즉 채널비트의 동상 (I) 및 직각 (Q) 성분은 전송된 M진 기호의 선택을 위해 M진 복호기(102)에 전달된다. 복호화된 M진 기호는 그다음 메세지 복호화를 위해 메세지 복호기(104)에 공급되어 데이타 비트를 복구한다. 소자(102) 및 (104)는 제 2도에 도시된 실시예의 소자(76) 및 (78)와 유사하며, 기능 및 동작에 있어 통상적인 것이다. 또한 제2도에 보는 바와 같은, M진 기호표시는 특정 M진 부호화 체계에 따라 보조채널비트기호표시로 변환하기 위해 변환기(106)(제2도의 변환기(82)에 대응)에 공급한다.
곱셈기(108) 및 (110)에서 I 및 Q 신호 성분은 L비트 표시와 곱해지며, 각각의 결과는 캐리어 위상 평가기(112)에 공급된다. 본 실시태양에 있어서, 캐리어 위상 평가는 ±45o및 ±135o의 4개의 직각성분중의 하나로 한정된다. 캐리어 위상의 직각성분은 캐리어의 I 및 Q 채널의 신호로부터 결정될 수 있다. 캐리어 위상 평가는 위상 코히어 런트 복조기(118)에 이용되어 I 및 Q 채널을 L-비트 채널 비트 기호로 코히어런트 복조한다. 위상 코히어런트 복조기는 캐리어 위상이 알려지는 즉시, 각 채널비트의 2진 표시를 추출한다. 채널 비트 기호 및 보조기호 표시의 비트대 비트 비교는 비교기(120)에 의해 이루어지며, 채널비트에러는 제2도에서와 같이 계수되어 평가된 비트 에러율을 결정한다.
[성능 특성묘사]
제3도의 평가된 캐리어 위상 구현의 성능이 이상적인 위상 코히어런트 복조를 사용함으로써 근사화될 수 있다. 상기 복조에서, BER=Q=(EDS/2No)1/2이다
여기서,
BER=평균 비트에러율
EDS=디스프리드 에너지/비트
Q(X)=1/(2)1/2E-Z/2dz
그 다음 n 비트를 모두 합해서 평가가 이루어진다. 각각은 정확한 확율 p즉, p=1-BER를 갖는다.
신호 대 접음의 평가와 그에 따른 링크품질은 BER 및 Eb/No 사이의 관계와는대략역의 관계이다. M 진 복조기 출력의 비트에러가 평균 비트에러율 BER로 이항적으로 분포된다고 가정한다. 이 가정은 확산 스펙트럼 복조후에 잘 들어 맞는다.
n번의 시도에 대해, 이항분포를 가정하면, 평균 에러수(N) 및 rms 편차(σ)는
N=n ×BER
σ=N(1-BER)1/2이다.
제4도는 800채널비트에 걸쳐 에러의 수를 세는 경우, Eb/N대 정확한 판정의 기대치(800-N)를 도시한 것으로, 평가의 정확성을 보이기 위해 상기 곡선주위에 하나의 σ편차를 함께 도시한다.
LQE의 민감성을도시하기 위하여,다음의 파라메터를 갖는시스템을 가정한다.
1. 16채널비트의 15진 심볼화
2. 리드 솔로몬(16,8)복호화를 이용한 1/2율 코드화
3. (16,8) 복호기 출력에서 요구된 BER=10-6
4. n=800샘플
그 다음, 복호기 출력에서의 BER=10-6에 대해, Eb/N=7.8dB가 비코히어런트 16진 복조를 이용하는 경우 RS 복호기 입력에서 요구된다. 1/2율 코드화를 가진 16채널비트 16진 직교 기호를 사용하면 Eb/N=8×E16/N이다.
따라서, E16/N=Eb/N-9bB이다.
이러한 점은 제4도에 도시된다. 이점에서 평가에대한 σ에러는 약 13이다.
채널상에 잡음이 점진적으로증가 또는 감소함에 따라 LQE 출력은 급격히 증가/감소하며, 그로인해 필요한 만큼의 재원의 빠른 재배치가 이루어진다. LQE 민감성은 동작점 및 M진/RS 코드화기호 분산화 모두에 따른다.
링크 품질 평가기의 주요목적은 링크의 "상태(health)"를 빠르고 정확하게 평가하는 것이다. 그의 출력은 n채널 비트에 걸쳐 채널 비트 에러를 산정한 것이다. 여기서, n은 시스템 설계자에 의해 결정될 팔라메타이며, 이것은 평가에 필요한 시간, 데이타 발생율, 확산비등과 같은 것에 따른다. 상기 평가는 그 다음 다양한 적응제어기능에 대해 사용될 수 있다. 제어기능들로는 다음의 것들을 포함할 수있다.
a) 전력제어-평가치가 현재 임계레벨이하로떨어지는 경우, 송신기의 출력전력을 증가하도록 메세지가 상기 송신기로 전송된다. 방해에 대한 고려가 낮은 확율인 경우에 대해 이것의 역이 또한 수행될 수 있다.
b) 시간 슬로트 할당-특정사용자에 대한 시간 슬롯은 TDMA(시분할 다원 접속 : Time Division Multiple Access) 회로망 구성에 있어서 자원 최적화를 위해 증가/감소될 수 있다.
c) 루팅 제어-LQE는 최적의 메세지 루팅을 시도하는 회로망에 있어서 루팅 결정을 위해 사용될 수 있다. 비록 LQE 의 응용의 매우 적은 예를 도시하였으나, 특정 시스템응용에 따라 수많은 다른 응용이 가능하다.
상술한 실시태양이 본 발명의 원리를 표현할 수 있는 가능한 특정 실시태양만으로 표시되었음을 알아야 한다. 본 발명의 관점으로부터 벗어남이 없이 본 기술 분야의 숙련자에 의해 다른 배열이 이들 원리에 따라 쉽게 창안될 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. M진 부호화 체계를 이용하며,각기 다수의 M진 부호화된 채널비트를 포함하는 연속적인기호(symbol)가 변조된 형태로 전송되는 디지틀 통신 링크를 통해 데이타를 수신하기 위한 디지틀 데이타 수신기(70)로서, 수신된 신호를 변조하여 상기 채널비트 기호(symbol)를 복구하기 위한 복조기(72)와, 상기 각채널 비트 기호를 상기 M진 체계에 따라 대응세트의 M진 복호화된 비트로 M진 복호화하기 위한 M진 복호기(76)를 포함하는 상기 디지틀 데이타 수신기에 사용되는 통신링크품질 평가장치(80)에 있어서 : 각 수신 M진 채널 비트 기호(symbol)의 시간 지연된 기호를 제공하기 위한 수단(84)와 ;M진 복호화된 비트의 상기 각 세트에 응답하여, 상기 M진 부호화 체계에 따라 채널비트의 보조 M진 기호 표시를 제공하기 위한 수단(82)과; 상기 M진 채널 비트 기호의 상기 시간 지연된 기호와 상기 보조기호 표시간의 채널 비트 대 비트 비교를 수행하여 대응 비트 값들간의 불일치를 판정하고, 하나 또는 그 이상의 M진 채널 기호에 걸쳐 검출된 채널비트 불일치 또는 에러의 수를 나타내는 링크 품질 신호를 제공하기 위한 수단(86)을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신링크 품질 평가장치(80)
  2. 제1항에 있어서, 보조 M진 기호 표시를 제공하기 위한 상기수단(82)이 M진 복호화된 비트의 주어진 세트에 대응하는 사전할당된 M진 기호 표시를 제공하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신링크의 품질 평가장치.
  3. 제 2항에 있어서, 보조 M진 기호 표시를 제공하기 위한 상기 수단(82)이 상기 사전할당된 기호 표시를 기억시키기 위한 조사테이블을 포함하며, 상기 테이블이 M진 복호화된 비트의 세트에 의해 어드레스 가능한 것을 특징으로 하는 통신링크의 품질 평가장치.
  4. 제1항에 있어서, 링크 품질 신호를 제공하기 위한 상기수단이 기설정된 수의 비트에 걸쳐 검출된 상기 시간 지연된 채널 비트기호와 상기 보조 기호표시의 대응비트들간의 비트 에러의 수를 계수하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신링크의 품질 평가장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 통신링크는 상기 전송신호가 에러 정정코딩 체계에 따라 부호화되는 것을 특징으로 하고, 상기 수신기가 상기 M진 복호화된 비트의 세트에 응답하여 출력데이타 비트를 제공하는 에러정정 복호기(78)수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신링크의 품질 평가장치.
  6. 제1항에 있어서, 각기 수신된 M진 채널 비트 기호의 시간 지연 기호를 제공하기 위한 상기수단(84)이 하나의 M진 기호 주기만큼 각 채널비트를 지연하기 위한 수단인 것을 특징으로 하는 통신링크의 품질 평가장치
KR1019900009518A 1989-06-28 1990-06-27 통신링크의 품질 평가 장치 KR930010271B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

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