TW461199B - Receiver, CDMA telecommunications system and method of synchronizing a receiver with a transmitting station of such a system - Google Patents
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46 1 1 9 9 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明() 發明範疇 本發明與一種接收機有關,該接收機包括一同步裝置, 用以與分碼多向近接電信系統的發射台同步,該發射台的 發射週期爲T = kL,其中k是整數,係由導頻信號Cp所構成 之長度L及相位τ的週期同步碼synchronization code),其中導頻信號Cp疊加在一有效信號上,該有效信號 係運用從長度L之正交碼尺選取之Cs碼編碼而成,該装置 包括一些捕獲裝置,用以在等於週期L的捕獲期間内捕獲 導頻信號Cp,以及,決定從該裝置起源的同步相位^及含 有Cs碼的有故信號。 本發明也與一種分碼多向近接電信系統有關,該系統包 括至少一台接收機及多台發射台,其中每台發射台的發射 週期爲T = k L,其中k是整數,係由導頻信號Cp所構成之 長度L及相位r的週期同步碼(peri〇dic synchronization code) ’其中導頻信號Cp疊加在一有效信號上,該有效信號係運 用從長度L之正交碼R選取之cs碼編碼而成,該接收機包 括_同步裝置,該同步裝置包括一些捕獲裝置,用以在等 於週期L的捕獲期間内捕獲導頻信號cp,以及,決定從該 裝置起源的同步相位τ·及含有Cs碼的有效信號。 最後,本發明與一種將一接收機與一分碼多向近接電信 系統之發射站同步的方法有關,該發射台的發射週期爲 T= k L ’其中k是整數,係由導頻信號Cp所構成之長度L及 相位r的週期同步碼(periodic synchronization code),其中導 頻信號Cp疊加在一有效信號上,該有效信號係運用從長度 -4- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i^i----- 訂-- - ---1線— I ---------------I__I____ A7 B7 五、發明說明(2 ) L之正交碼R選取之Cs碼編碼而成’該方法包括一捕獲步 驟,用以在等於週期L的捕獲期間内捕獲導頻信號Cp,以 及’決定來自於該導頻信號Cp同步相位τ及含有要確定之 Cs碼的有效信號。 本發明具有許多應用,特別是在使用直接序列展頻分碼 多向近接技術的行動無線電通信系統中應用。 發明背景 1995年 9 月出版之ffiEE Transaction on Communications第 43 卷第9號第2511到2519頁,作者Upamanyu Madhow及其他人 發表的「Mathematical Modeling and Performance Analysis for a
Two-Stage Acquistion Scheme for Direct-Sequence Spread-Spectrum CDMA J中説明適用於利用一種稱爲直接序列展頻 技術之展頻技術之分碼多向近接(code-division multiple aeeess ;CDMA)系統的同步方法。該方法包括在接收機端捕獲同 步碼的兩項步驟’第一步驟利用一程式化調節過遽器,用 以初步偵測部份的同步碼,以及,第二步驟利用相關儀進 行確認。 發明概述 本發明的目的是爲了建議一種快速的同步方法,即使接 收機輸入端的雜訊比降級時,也適用於將—接收機與一分 碼多向近接系統的發射站同步。 列出之兩項步驟的目的是在複雜度與性能之間找到折衷 方案’使接收機輸入端的雜訊比足以處理部份的同步碼, 並且可得到非常好的同步碼捕獲機率。另—方面,根據此 -5- 本紙張尺度適用肀國囷豕搽準(CNS)A4規格(210 X 297公H ) (請先閱讀背面之注f項再填寫本頁) --k---111 — —訂·!--1··^ — 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 經濟部智慧財產局員工消費合作社印繫 461199 Α7 -------- Β7 五、發明說明(3 ) 万法所需的捕獲時間比運用傳統被動調節過濾器的捕獲時 間長。 爲了彌補這些缺點,本發明提供開始的段落中説明之類 型的接收機及通信系統,其特徵在於該同步裝置包括—正 交碼產生器,用以產生具有相位r的R碼;以及,一些與 波峰伯測裝置組合在一起的相關裝置,用以在週期T結束 之前剩下之k-Ι碼週期l的期間,提供Cs碼與產生的R碼之 間相關的R結果,以便決定Cs碼。 根據本發明一項重要的特徵,彼等相關裝置與碼產生器 一起運作’以便於碼週期L期間產生n個的相關結果,如果 R/k-Ι之除法運算的結果是整數,則„等於R/k-l,如果R/k-i 之除法運算的結果不是整數,則η等於R/k-1之整數部份結 果加1。 根據本發明另一項重要的特徵,正交碼產生器產生R正 交碼,用以以每週期L供應η個碼的速率將R正交碼饋送給 彼等相關裝置,其中,如果R/k-Ι之除法運算的結果是整數 ’則η等於R/k-Ι,如果R/k-Ι之除法運算的結果不是整數, 則η等於R/k-Ι之整數部份結果加1。 於本發明的最佳具體實施例中,導頻信號Cp的捕獲裝置 包括一調節被動過濾器,相關裝置會再次使用該調節被動 過濾器,以便在第一輸入接收由碼產生器以每週期L供應η 個碼的速率產生的R產生碼,以及在第二輸入接收要決定 的C s碼。 圖式描述 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) _l·!!· — !—!^·!· — !— 訂·! !| ·線 (諝先聞靖背面之注意事項再填寫本頁) 4S"草1¾¾ 月)
五、發明説明( 本發明的這些和其他特色藉由非限定的例子參考後述的 實施例可以變得很明顯且可闡明清楚-於圖中: 圖1顯示同步頻道之結構的圖式, 圖2顯示根據本發明之用以接收直接序列展頻信號之無 線電接收機的範例, 圖3顯不根據本發明最佳具體實施例之一接收機的圖式, 圖4顯7F根據本發明之一分碼多向近接電信系統的圖式, 圖5顯示根據本發明之同步方法的流程圖,以及 圖ό顯示根據本發明另一項具體實施例之一接收機的圖 式° 元件符號說明 2 1 天線 22 基帶轉換器 23 同步裝置 24 正交碼轉換器 2 6 相關裝置 28 波峰偵測裝置 3 1 開關 3 2 調節過濾器 3 3 正交碼產生器 34 多工器 3 5 控制元件 3 6 相關波峰偵測器 本紙張尺度適用中圉曲家標準(CNS) Α4规格(21〇x 297公釐) 4 6 7 i^8g232i4號申請專利案 中文說明書修正頁(90年8月) 五、發明説明(4a ) 3 7 迴路 3 8 記憶體 4 1 單一接收機 43 無線電基地台 45 無線電基地台 6 1 開關 62 確認元件 63 調節過濾器 64 正交碼產生器 6 5 相關儀 6 6 相關儀 67 波峰偵測器 6 8 波峰偵測器 69 記憶體 最佳具體實施例詳細說明 於分碼多向近接電信系統中,所有的使用者都共用相同 的資源(特別是通頻帶),用以在請求時立即接取一通信頻 道。根據稱為展頻分碼多向近接的分碼多向近接技術,在 整個頻寬可用於傳送訊息(該訊息很可能是佔用一個窄頻) 時’每名使用者都具有處置權,並利用具有用以將其訊息 編碼之特定内容之特定的擴展碼。為了避免干擾其他使用 者在相同頻帶上傳送的其他訊息,每名使用者都是使用不 同的擴展碼。因為這些碼的内容眾所皆知,所以不會在本 文中詳細說明。 所有訊息的編碼都是根據正交配對碼,彼等正交配對碼 加在一起’以便構成在相同頻帶中傳輸的合成信號。為了 使訊息的收件人能夠將傳送給他的訊息解碼,發送機及接 -7a- 本紙張尺度適用中固國家梯準(CNS) A#规格(21〇χ 297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
、q A7 ---~ - B7 發明說明(5) 收機都是使用相同的擴展碼。在接收端,接收機藉由建立 收到之合成訊息與正交擴展碼之間的相關性來選擇要傳送 給收件人的訊息。爲達成此a的,發射機及接收機必須同 步。 爲此目的’將提供圖1中顯示的同步頻道,發射機在同 步頻道上定期發射一合成同步信號(以SYNC標示),使接收 機可以與發射機同步。發射合成信號的週期以T標示α合 成信號包括兩個疊加的碼,這兩個疊加的碼具有相同週期 (或長度’ “示爲L)及相同的相位(標示爲r ) ^信號的週 期T是整數,其中週期τ是合成同步碼之長度倍。以 <^標示的第一碼是預定的控制碼,係由所有的發射台共用 ,並且,系統的所有接收機都知道該控制碼。(^碼允許接 收機恢復相位τ,例如,在調節過濾器的協助下。以Cs t到 Cs,t+mT標示的第二碼代表從多個可能的正交碼中決定的有 效信號,其中有效信號的長度L係由系統定義。例如,q 碼能夠決定發送機爲識別發射台所使用的擴展碼,以及, 偵測發射訊框的開始,其中發射訊框的原點及長度(固定) 視涉及的發射台而定。 一旦捕獲控制碼Cp並恢復其相位r後,就可儲存同步作 號的有效部份Cs,以便梢後確定,其中已知有效部份的 相位與控制碼Cp相同。假設控制碼係由傳統型調節過遽零 所捕獲,相位τ的捕獲時間等於碼的週期L。因此,在發 射下一個同步信號之前其餘的k-Ι碼週期L,含有要新増到 從多個可能的Cs碼決定之新Cs碼的導頻信號Cp。 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4规格(210 X 297公釐) I 1!* -k-IJi — llir---------^ (請先閱蜻背面之注意事項再填寫本頁) 461199 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(6 根據本發明(係由以迅速的方法捕獲同步信號所组成, 以避免資訊損失)的一項目的,在時間t+T瞬間發射下—個 cs,t+T碼之前,先在時間t瞬間決定接收的心屬。 爲此目的,圖2顯示之接收機包括一天線2丨;一基帶轉 換器22,用以使收到的信號回到原始信號的頻帶;以及, 一同步裝置23,其包括·· •一正交碼產生器24,用以產生導頻信號&碼,以及具 有相位r且標示爲(:丨到Cl+R的r參考碼, •一些相關裝置26,用以在等於碼週期L的捕獲時間内 捕獲導頻信號Cp,以便決定來自於該導頻信號&之同 步碼相位r及含有Cst碼的有效信號,以及之後,用以 在週期T結束之前剩下碼之週期的期間,計算 Cs,t碼與R參考碼之間相關的汉結果,以及 •一些波峰偵測裝置28,彼等波峰偵測裝置與相關裝置 26組合在—起,用以在相關裝置的輸出偵測相關波峰 ,以及,用以決定哪一個產生的R參考碼對應於時間t 瞬間收到的Cs.t碼。 將調整用以控制碼產生器及相關裝置的時脈頻率,以便 以在週期了結束之前足以完成掃描R可能碼的速率供應給 相關裝置。因此,足以調整產生器,使產生器能夠每週期 T產生11個碼,其中,如果R/k-】之除法運算的結果是整數 ’則η等於R/k_i,如果R/k—丨之除法運算的結果不是整數, 則η等於R/k_l之整數部份結果加1。因此,在碼週期L期間 可能計算η個相關結果,以便在週期T結束時,相關裝置已 _____ - 9- 表紙張尺度適财國國家標準([NS)A4規格⑵Q χ 297公髮 l· -------------ki· (諳先閲tl背面之;i意事項再填寫本頁) · .線· 461199 A7 B7 五、發明說明(7 ) i-------------k--- <諳先閲讀背面之注意事項再魂寫各頁'> 掃描所有可能的碼,並且,在時間t+T瞬間收到下—個同 步碼cs,t+T之前,可以先確定在時間"舜間收到碼。 圖3顯示根據本發明最佳具體實施例之同步裝置u的更 詳細圖式。相關裝置26包括一開關31,用以接收合成同步 信號同步;以及一調節被動過濾器Μ,也用於捕獲導頻信 號Cp。調節過濾器32由正交碼產生器33經過受到控制元件 35控制的多工器34饋送信號,並連接到一相關波峰偵測, 以便指示在碼產生器33產生之^到Ci+y〇 R參考碼之中偵測 的Cs,t碼。調節過濾器32也用於在計算期間儲存有效信號 Cs,t,以便在迴路37及開關31的協助下,使Cst碼能夠從過 濾器的輸出經由迴路回到輸入。 -線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 將調整碼產生器及相關裝置的時脈頻率,以便以每週期 L供應η個碼的速率供應給調節過濾器32,其中,如果R/k_ Ϊ之除法運算的結果是整數,則η等於1,以便在週期τ 結束之前冗成掃描R可能碼,已知控制碼&的捕獲時間及 其相位T"的捕獲時間等於碼的一週期L。考慮到識別發射 台’當等待偵測構成序列之所有其他的Cs碼時,可按照需 求’將债測Cs,t碼本身儲存到記憶體3 8中。在確認元件35 的控制下,將碼產生器33產生之偵測Cs t碼本身複製到記憶 體38中。 圖4顯示行動無線電通信系統之系統簡圖,其運作係根 據‘準類型通用行動電信系統(Universal Mobile
Telecommunications System ; UMTS),其中,(JMTS係按照歐 洲電信標準協會(ETSI)於1998年5/6月發展之標準化專案 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) Α7 4 6 T 1 9 9 Β7______ 五、發明說明(8 ) «the ETSI UMTS Terrestrial Radio Access ITU-R RTT Candidate Submission»。但是,在其他CDMA類型的電信系統中也可 實施本發明’此類的電信號系統需要在發射機與接收機之 間迅速同步,特別是稱爲ARIB的日本標準或稱爲IMT- 2000 的全球標準之類的系統。 爲了簡化説明’系統只包括一單一接收機41及只有兩台 無線電基地台43及45,基地台43及45都發射一同步碼,以 便識別基地台。根據UMTS標準,同步頻道之有效部份中 所含的Cs碼是爲了識別無線電發射基地台所準備之預先定 義序列之I6個正交碼CS,jl] CS,H16的一項元素;每個正交碼 都是從一组17個可能碼擷取。同步的目標包括在第一週期 期間捕獲控制碼Cp,決定控制碼Cp的相位τ與同步頻道上 有效仏號cs的位置,以及,在第二週期期間,決定用以識 別基地台之序列中的每個元素,最後,於16個週期的最後 部分,迅速建立與識別之基地台之間的通訊。 圖5顯示接收機(例如,圖3顯示的接收機)可使用的一種 同步方法《 K0到K3代表該方法的各項步驟。 • κο步騍係捕獲導頻信號Cp,以及在調節過濾器的協助 下儲存有效信號,以便恢復同步碼的相位τ,並在時間 t瞬間儲存發射的Cs,t碼’以便決定Cs,t碼。捕獲及儲存 的時間對應於同步碼的週期L。 * K1是計算相關性的計算步驟,用以在發射下一個同步 仏號之前的剩餘時間内,透過K0步驟中使用之相同調 節過遽器,連續比對Cs t碼與標示爲CI到CI+R的R參考 本紙張又度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇 X 297公笼) II — —.— — — — — —-------J 11 訂 *1! "5^ (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 461199 A7 五、發明說明(9 馬也’T尤疋説,饭設同步信號的週期τ等於碼週期ι 乘以k的整數,則於剩下> l , ^ ^下< k-〗週期L期間進行R相關 計算,藉由調整正交碼甚4您切 又瑪產生器及相關裝置的速率,及時 提供調節過遽器所需的計算時間速率即可達到。 籲K2是偵測相關波碟的朽从, 反嗶的垃率偵測步驟,該相關波峰指示
Cs,t碼與其中一個參考碼Ci相關。 • K3步驟係儲存在所有參考㉟&之中㈣之碼的本身。 ㈣’本方法重新開始步驟κ〇,以便捕獲時間的瞬 間發射的同步碼’諸如此類,直到已識別序列的所有元 素’ 員 圖6顯π本發明另-項具體實施例之同步裝置的範例 。同步裝置23包括受到確認元件62控制的開關61,用以接 收第一輸入上的合成同步信號同步,並且在第二輸入迴路 回到調節被動過遽器63的輸出。在此項本發明具體實施例 中’調節過遽、器63專門用於捕獲導頻信仏,也就是説, 用以恢復碼的相位r,以及,用以儲存在時間t瞬間發射 的有效信號Cs,t。藉由改變設計,可使用任何其他用以儲存 有效信號cs,t的裝置。提供的正交碼產生器64係用以將參考 碼cp供應給調節過濾器63,以及將對應於Cs碼之其他的參 考碼(標示爲(^及Cj)饋送到相關儀65及66,其中相關儀65及 66以串聯方式分別連接到波峰偵測器67及砧。已知,己根 據Cp碼定義搜索之<:5,,碼的相位r,相關儀65及60執行£信 號乘產生之參考碼(^或Cj,並在碼週期L的期間内求得計算 結果的積分。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱 -12- 461799 A7 B7 五、發明說明(10 爲了簡化圖6,在此範例中假設可能參考碼的數量至多 等於同步信號SYNC發射遇期結束之前剩餘之碼週期數量的 兩倍’也就是說:1 <R/k-lS2。在每個新週期L期間,每台 相關儀都會在第一輸入及第二輸入上接收要確定的新參考 碼Ci或Cj °然後’相關結果與Cs,t碼平行,直到波峰債測器 67或68偵測相關波峰。當其中一個波峰偵測器偵測到|碼 與一參考碼(^或Cj之間的相關波峰時,就將每個波峰偵測 器偵測的結果告知確認元件62,以便以產生的碼(例如, 碼產生器64產生的碼)爲基礎,將偵測到的^或^碼複製到 記憶體69。 因此,已藉由範例説明接收機及分碼多向近接電戶系統 ,以及將一接收機與該一系統之發射站同步的方法。顯而 易見,本發明可做任何的修改,而不會脱離本發明的範 -------------h--------訂. f請先閱讀背面之ii意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 -13- 本紙張尺度適用令國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
Claims (1)
- 4 6 99 ABCD 經濟部智慧財產局員工消#合作社印製 六、申請專利範圍 1 . 一種接收機,該接收機包括一同步裝置,用以與分碼 多向近接電信系統的發射台同步,該發射台的發射週 期爲T=k L,其中k是整數,係由導頻信號Cp所構成之 長度L及相位•的週期同步碼(peri〇dic synchronization code) ’其中導頻信號Cp疊加在一有效信號上,該有效 信號係運用從長度L之正交碼R選取之Cs碼編碼而成, 該裝置包括一些捕獲裝置,用以在等於週期L的捕獲期 間内捕獲導頻信號Cp,以及,從該裝置導出同步相位 r及含有Cs碼的有效信號,其特徵在於該同步裝置包 括一正交碼產生器,用以產生具有相位·^>的尺碼;以及 ,與波峰偵測裝置組合在一起的關聯裝置,用以在週 期T結束之前剩下之k-i碼週期L的期間,提供Cs碼與產 生的R碼之間關聯的R結果,以便決定Cs碼。 2 .如申請專利範圍第1項的接收機,其特徵在於該關聯裝 置與碼產生器一起運作,以便於碼週期L期間產生n個 的關聯結果,如果R/Jc-1之除法運算的結果是整數,則n 等於R/k-1,如果R/k-1之除法運算的結果不是整數,則 η等於R/k-Ι之整數部份結果加1。 3 .如申請專利範圍第2項的接收機,其特徵在於正交碼產 生器產生該等R正交碼,用以以每週期L供應η個碼的 速率將R正交碼饋送給該關聯裝置,其中,如果 之除法運算的結果是整數,則η等於,如果 之除法運算的結果不是整數,則η等於R/k- 1之整數部 _ -14- ^^^適用中國國家梯準((:?^)^4規格(2!0父297公釐)~~ --------- ---in I - I ^—^1 - I —^1 ^^^1 ^^^1 I (請先閎讀背面之注意事項再填寫本f ) CD 9 9 ABCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 份結果加1。 4 .如申請專利範園第3項的接收機,其中導頻信號Cp的捕 獲裝置包括一已調節被動濾波器。 5 .如申請專利範園第4項的接收機’其特徵在於該關聯裝 置包括該已調節滤波器,該已賙節滤波器能夠在第一 輸入接收要決定的Cs碼,以及在第二輸入接收R產生碼 ,彼等碼以每週期L供應η個碼的速率產生,其中,如 果R/k-Ι之除法運算的結果是整數,則η等於R/k-Ι,如 果R/k-Ι之除法運算的結果不是整數,則η等於R/k-Ι之 整數部份結果加1。 6 .如申請專利範圍第4項的接收機,其特徵在於該關聯裝 置包括與η個波峰偵測儀組合在一起的η個關聯儀,在 每個新週期L期間,每台關聯儀都會在第一輸入接收新 參考碼以及在第二輸入上接收要確定的Cs碼,用以平 行計算η個關聯結果,直到其中一個波峰偵測儀偵測關 _波峰。 7 ·如申請專利範圍第1 -6項之任一項的接收機,其特徵在 於該接收機包括一同步裝置,用以與按照標準類型通 用行動電信系統(Universal Mobile Telecommunications System ; UMTS)之行動無線電通訊系統的無線電基地台 同步,其特徵在於有效信號中所含的Cs碼是爲了識別 發射基地台所準備之預先定義序列之Μ個正交碼Cs, j到 Cs, 1十Μ的一項元素。 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公嫠) ' I---------.私—— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本f ) 4 9 9 ff 1— 5 ABCD 經濟部智慧射產屙員工消費合作社印製 六、申請專利範園 8 . —種分碼多向近接電信系統,該系統包括至少一台接 收機及多台發射台,其中每台發射台的發射週期爲 T=k L ’其中k是整數’係由導頻信號Cp所構成之長度l 及相位 ΐ 的週期同步碼(peri〇(jic Synchr〇nizati〇n code), 其中導頻信號Cp疊加在一有效信號上,該有效信號係 運用從長度L之正交碼尺選取之Cs碼编碼而成,該接收 機包括一同步裝置,該同步裝置包括捕獲裝置,用以 在等於週期L的捕獲期間内捕獲導頻信號cp,以及,從 該裝置導出的同步相位r及含有cs碼的有效信號,其 特徵在於該同步裝置包括一正交瑪產生器,用以產生 具有相位τ的R碼;以及,與波峰偵測裝置組合在一起 的關聯裝置,用以在週期T結束之前剩下之k-Ι碼週期L 的期間,提供Cs碼與產生的R碼之間關聯的R結果,以 便決定Cs碼。 9. 一種將一接收機與一分碼多向近接電信系統之發射站 同步的方法,該發射台的發射週期爲T=kL,其中k是 整數,係由導頻信號Cp所構成之長度L及相位r的週期 同步碼(periodic synchronization code),其中導頻信號 Cp昼 加在一有效信號上,該有故信號係運用從長度L之正交 碼R選取之Cs碼編碼而成,該方法包括一捕獲步驟,用 以在等於週期L的捕獲期間内捕獲導頻信號Cp,以及, 決定來自於該導頻信號Cp之同步相位r及含有要確定 之Cs碼的有效信號,其特徵在於該方法包括產生正交 -16 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) I- - i i— - t- - -- I I - af^— n^i In (請先閲讀背面之注意事項再填寫本K ) 461199 ABCD 六、申讀專利範圍 碼的步騍,用以產生具有相位r的R碼;以及包括與波 峰偵測組合在一起的關聯步驟,用以於週期T結束之前 之剩餘的k-Ι週期L碼期間計算Cs碼與產生之R碼之間的 R關聯結果,以便決定Cs碼。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -17- 本紙珉尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(2丨Ο X 297公釐)
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