CN110635829A - 多输入多输出蓝牙模块以及使用多输入多输出蓝牙模块的无线设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有效抑制相互干扰的多输入多输出(multi‑input multi‑output，简称MIMO)蓝牙模块。MIMO蓝牙模块具有多个蓝牙收发器，其以同步传输模式操作，其中当任一蓝牙收发器正在接收数据时，不允许蓝牙收发器传输数据。

Description

多输入多输出蓝牙模块以及使用多输入多输出蓝牙模块的无 线设备

相关引用

本申请要求于2018年6月25日递交的，号码为62/689,311的美国临时专利申请案的优先权，其整体在此通过引用纳入其中。

技术领域

本发明涉及无线设备，特别地，本发明涉及多输入多输出蓝牙模块以及使用多输入多输出蓝牙模块的无线设备。

背景技术

蓝牙是一种允许设备在短距离内交换数据的无线通信标准，使用短波超高频(ultra-high frequency，简称UHF)无线电借由2.4至2.485GHz工业科学医疗(IndustrialScientific Medical，简称ISM)频段进行通信。

在无线电中，多输入多输出(multi-input multi-output，简称MIMO)结构是常见的，其使用多个传输和接收天线来利用多径传播。MIMO已成为无线通信标准的基本要素。当使用多个蓝牙收发器来实现MIMO结构时，有效减少不同蓝牙收发器之间的相互干扰是一个重要的课题。

发明内容

本发明公开了一种有效抑制相互干扰的MIMO蓝牙模块。

根据本公开的示例性实施例的MIMO蓝牙模块包括第一蓝牙收发器，第二蓝牙收发器和控制单元。控制单元操作第一蓝牙收发器和第二蓝牙收发器以实现同步传输模式。因此，当第二蓝牙收发器正在接收数据时，控制单元停止使用第一蓝牙收发器来传输数据，反之亦然。

控制单元还可操作第一蓝牙收发器和第二蓝牙收发器以实现同步接收模式。当第一蓝牙收发器和第二蓝牙收发器处于同步接收模式时，控制单元以频分操作第一蓝牙收发器和第二蓝牙收发器。

在示例性实施例中，当第一蓝牙收发器和第二蓝牙收发器处于同步传输模式时，控制单元以频分方式操作第一蓝牙收发器和第二蓝牙收发器。

在示例性实施例中，控制单元在第一频率图中操作第一蓝牙收发器，并在不与第一频率图重叠的第二频率图中操作第二蓝牙收发器。

在示例性实施例中，控制单元在第一频率图中操作第一蓝牙收发器，并在与第一频率图部分重叠的第二频率图中操作第二蓝牙收发器。控制单元控制第一蓝牙收发器和第二蓝牙收发器以非重叠跳频方式运行。

控制单元还可操作第一蓝牙收发器和第二蓝牙收发器以实现同步接收模式。当第一蓝牙收发器和第二蓝牙收发器处于同步接收模式时，控制单元以频分方式操作第一蓝牙收发器和第二蓝牙收发器。

在示例性实施例中，控制单元操作第一蓝牙收发器和第二蓝牙收发器以用于载波聚合(carrier aggregation，简称CA)。由于同步传输模式，第一蓝牙收发器和第二蓝牙收发器借由双倍带宽传输一文档。在另一示例性实施例中，第一蓝牙收发器和第二蓝牙收发器分别同时传输第一文档和第二文档。

在示例性实施例中，控制单元以双模双并发(dual mode dual concurrent，简称DMDC)的方式操作第一蓝牙收发器和第二蓝牙收发器。当第一蓝牙收发器处于蓝牙经典模式时，第二蓝牙收发器处于蓝牙低能量网格模式。

在示例性实施例中，第一蓝牙收发器是与作为从设备的第一远程蓝牙收发器配对的主设备，并且第二蓝牙收发器是与作为从设备的第二远程蓝牙收发器配对的主设备。第一蓝牙收发器确定用于与第一远程蓝牙收发器通信的第一频率图，并且第二蓝牙收发器确定用于与第二远程蓝牙收发器通信的第二频率图。控制单元控制第一蓝牙收发器和第二蓝牙收发器以确保第一频率图和第二频率图不重叠，或者确保第一频率图和第二频率图仅部分重叠，并且第一频率图和第二频率图在同步传输模式和同步接收模式期间根据非重叠跳频使用。

在另一示例性实施例中，第一蓝牙收发器是与作为从设备的第一远程蓝牙收发器配对的主设备，并且第二蓝牙收发器是与作为主设备的第二远程蓝牙收发器配对的从设备。第一蓝牙收发器确定用于与第一远程蓝牙收发器通信的第一频率图，并且第二远程蓝牙收发器确定用于与第二蓝牙收发器通信的第二频率图。第一蓝牙收发器根据第二频率图确定第一频率图，以确保第一频率图和第二频率图不重叠，或者确保第一频率图和第二频率图仅部分重叠，并且第一频率图和第二频率图在同步传输模式和同步接收模式期间根据非重叠跳频使用。

在另一示例性实施例中，第一蓝牙收发器是与作为主设备的第一远程蓝牙收发器配对的从设备，并且第二蓝牙收发器是与作为主设备的第二远程蓝牙收发器配对的从设备。第一远程蓝牙收发器确定用于与第一蓝牙收发器通信的第一频率图，并且第二远程蓝牙收发器确定用于与第二蓝牙收发器通信的第二频率图。控制单元控制第一蓝牙收发器和第二蓝牙收发器，以向第一远程蓝牙收发器和第二远程蓝牙收发器提供推荐，从而第一远程蓝牙收发器和第二远程蓝牙收发器确保第一频率图和第二频率图不重叠，或确保第一频率图和第二频率图仅部分重叠，并且第一频率图和第二频率图在同步传输模式和同步接收模式期间根据非重叠跳频使用。

在示例性实施例中，控制单元包括控制第一蓝牙收发器和第二蓝牙收发器的统一媒体访问控制器。

在另一示例性实施例中，控制单元包括分别控制第一蓝牙收发器和第二蓝牙收发器的第一媒体访问控制器和第二媒体访问控制器。第一媒体访问控制器和第二媒体访问控制器根据协调信号彼此协调，用于第一蓝牙收发器和第二蓝牙收发器的同步传输模式和同步接收模式。

无线设备可包括前述MIMO蓝牙模块和WiFi收发器。多输入多输出蓝牙模块内的WiFi收发器和蓝牙收发器借由时分复用共享传输频带。

在示例性实施例中，第一蓝牙收发器和第二蓝牙收发器使用双倍带宽进行蓝牙数据传输，用以为WiFi传输预留更多时间。

在以下实施例中给出参考附图的详细描述。

附图说明

借由参考附图阅读随后的详细描述和实施例，可以更全面地理解本发明，其中：

图1是描绘根据本公开的示例性实施例的MIMO蓝牙模块的框图；

图2A示出非重叠频率图freq_map_1和freq_map_2；

图2B示出分配给蓝牙收发器的部分非重叠频率图freq_map_1和freq_map_2；

图3描绘不同蓝牙收发器之间的同步传输和同步接收的概念；

图4A至图4C示出了各种主从配对；

图5A和图5B示出控制单元的设计；

图6A描绘使用MIMO蓝牙模块的载波聚合(carrier aggregation，简称CA)场景；

图6B描绘使用MIMO蓝牙模块的另一载波聚合(carrier aggregation，简称CA)场景；

图7示出使用MIMO蓝牙模块的双模双并发(dual mode dual concurrent，简称DMDC)场景；以及

图8是除了蓝牙收发器之外还具有WiFi收发器的无线设备的框图。

具体实施方式

以下描述是实现本发明的最佳实施方式。这一描述是为了说明本发明的一般原理，而不应被认为是限制性的。本发明的范围最好透过申请专利范围来确定。

图1是描绘根据本公开的示例性实施例的MIMO蓝牙模块100的框图。

MIMO蓝牙模块100可以由组合芯片或其上安装有多个芯片的印刷电路板(printed-circuit board，简称PCB)实现。MIMO蓝牙模块100具有两个蓝牙收发器102和104(或更多)并且使用控制单元106来控制蓝牙收发器102和104。为了减少两个蓝牙收发器102和104之间的相互干扰，控制单元106在使用蓝牙收发器104接收数据时避免使用蓝牙收发器102传输数据，并且在使用蓝牙收发器102接收数据时避免使用蓝牙收发器104传输数据。当以传输模式操作蓝牙收发器102时，控制单元106还在传输模式下操作蓝牙收发器104。当在接收模式下操作蓝牙收发器102时，控制单元106还在接收模式下操作蓝牙收发器104。

在控制单元106的控制下，同步收发(同步传输模式和同步接收模式)在蓝牙收发器102和104之间被执行。

当蓝牙收发器104正在接收数据时，控制单元106停止使用蓝牙收发器102来传输数据。反之亦然，控制单元106在使用蓝牙收发器102接收数据的同时停止使用蓝牙收发器104来传输数据。

对于同步传输模式或同步接收模式，控制单元106借由频分复用来操作蓝牙收发器102和104。频率图freq_map_1被分配给蓝牙收发器102。另一频率图freq_map_2被分配给蓝牙收发器104。图2A示出了非重叠频率图freq_map_1和freq_map_2。在收发同步的蓝牙收发器102和104之间没有无线电间干扰。

在另一示例性实施例中，部分重叠的频率图被分配给蓝牙收发器102和104。图2B示出了分配给蓝牙收发器102和104的部分重叠的频率图freq_map_1和freq_map_2。控制单元106操作蓝牙收发器102和104以根据非重叠的跳频使用部分重叠的频率图freq_map_1和freq_map_2。当蓝牙收发器102和104以同步传输模式或同步接收模式操作时，蓝牙收发器102的跳频和蓝牙收发器104的跳频彼此错开。借由安排蓝牙收发器102和104的跳频，收发同步的蓝牙收发器102和104之间不存在无线电间干扰。

图3描绘不同蓝牙收发器102和104之间的同步收发的概念。在时间段T1期间，蓝牙收发器102和104都以传输模式操作。使用频率图freq_map_1传输数据D1，而使用freq_map_2传输数据D2。在时间段T2期间，蓝牙收发器102和104都切换到接收模式。使用频率图freq_map_1，蓝牙收发器102从已经接收到数据D1的远程接收确认302。使用频率图freq_map_2，蓝牙收发器104从已经接收到数据D2的远程接收确认304。在时间段T3期间，蓝牙收发器102和104都切换回传输模式。蓝牙收发器102使用频率图freq_map_1传输数据D3，而蓝牙收发器104使用freq_map_2传输数据D4。如图所示，数据量D4远大于数据D3。然而，蓝牙收发器102必须与蓝牙收发器104保持在传输模式。在时间段T4期间，蓝牙收发器102和104一起切换到接收模式。使用频率图freq_map_1，蓝牙收发器102从已经接收到数据D3的远程接收确认306。使用频率图freq_map_2，蓝牙收发器104从已经接收到数据D4的远程接收确认308。在该示例中，接收确认308需要更长的时间。注意，蓝牙收发器102与蓝牙收发器104保持在接收模式。

因为在蓝牙收发器104以传输模式操作时禁止在接收模式下操作蓝牙收发器102，所以数据D4的传输不影响确认306的接收。蓝牙收发器102和104之间的相互干扰被有效地抑制。

图4A至图4C示出了各种主从配对。

在图4A中，蓝牙收发器102和104是与作为从设备的远程蓝牙收发器S1和S2配对的主设备(M1和M2)。控制单元106发出对同步收发的需要，因此，主设备M1和主设备M2确定非重叠频率图freq_map_1和freq_map_2，或者部分重叠频率图freq_map_1和freq_map_2，主设备M1和主设备M2根据非重叠跳频来使用。

在图4B中，蓝牙收发器102是与作为从设备的远程蓝牙收发器S1配对的主设备(M1)，并且蓝牙收发器104是与作为主设备的远程蓝牙收发器M2配对的从设备(S2)。从设备S2(104)遵循由主设备M1确定的频率图freq_map_2，并且频率信息由控制单元106收集并由控制单元106传递到主设备M1(102)。主设备M1(102)确定频率图freq_map_1不与频率图freq_map_2重叠，或者与频率图freq_map_2部分重叠(根据非重叠的跳频被使用)。因此，实现了蓝牙收发器102和104之间的同步收发。

在图4C中，蓝牙收发器102和104是与作为主设备的远程蓝牙收发器M1和M2配对的从设备(S1和S2)。控制单元106发出同步收发的需要，因此，从设备S1和S2推荐连接的主设备M1和M2确定非重叠的频率图freq_map_1和freq_map_2，或部分重叠的频率图freq_map_1和freq_map_2，从设备S1和S2借由非重叠跳频来使用。因此，遵循由主设备M1和M2确定的频率图freq_map_1和freq_map_2的从设备S1和S2借由同步收发来操作。

图5A和图5B示出控制单元106的设计。

图5A示出用于实现控制单元106的统一媒体访问控制器(media accesscontroller，简称MAC)502。MAC502控制蓝牙收发器102的蓝牙物理层(Bluetooth physicallayer，简称BT PHY)和蓝牙收发器104的BT PHY，用于蓝牙收发器102和104之间的同步收发。

图5B示出分离的媒体访问控制器504和506。蓝牙收发器102的BT PHY由MAC504控制，并且蓝牙收发器104的BT PHY由MAC506控制。根据协调信号508，MAC504和MAC506同步蓝牙收发器102和104的收发。基于协调信号508协调的MAC504和MAC506形成控制单元106。

MIMO蓝牙模块100可用在载波聚合(carrier aggregation，简称CA)用例或双模双并发(dual mode dual concurrent,简称DMDC)用例中。

图6A描绘使用MIMO蓝牙模块100的CA场景。智能电话602如图6A所示，其包括MIMO蓝牙模块100。使用频率图freq_map_1，右耳音频流从蓝牙收发器102被传输到右耳蓝牙耳机604。使用频率图freq_map_2，左耳音频流从蓝牙收发器104被传输到左耳蓝牙耳机606。因为基于频分(非重叠频率图或具有非重叠跳频的部分重叠频率图)执行的同步收发，两个蓝牙收发器102和104之间的相互干扰被有效地抑制。与仅使用一个蓝牙收发器的传统设计相比，音频播放更加流畅。

图6B描绘使用MIMO蓝牙模块100的另一CA场景。智能扬声器612如图6B所示，其包括MIMO蓝牙模块100。使用频率图freq_map_1，第一音频流从蓝牙收发器102被传输到第一蓝牙耳机614。使用频率图freq_map_2，第二音频流从蓝牙收发器104被传输到第二蓝牙耳机616。由于基于频分(非重叠频率图或具有非重叠跳频的部分重叠频率图)执行的同步收发，两个蓝牙收发器102和104之间的相互干扰被有效地抑制。

在使用CA的另一示例性实施例中，蓝牙收发器102和104由于同步传输模式而借由双倍带宽传输文档。文档的一部分由蓝牙收发器102传输，而同一文档的剩余部分由蓝牙收发器104传输。

在使用CA的另一示例性实施例中，蓝牙收发器102和104分别同时传输第一文档和第二文档。

图7描绘使用MIMO蓝牙模块100的DMDC场景。蓝牙通信还被用作用于构建物联网(IoT)的解决方案。智能扬声器702如图7所示，其包括MIMO蓝牙模块100。蓝牙收发器102以蓝牙经典模式(用于免提呼叫或用于A2DP音频流)操作，而另一个蓝牙收发器104在蓝牙低能量(low-energy，简称LE)网格模式(用于构建IoT)中操作。蓝牙经典模式的频率图可以部分地与蓝牙低能量网格模式的频率图重叠。重叠的频率图根据非重叠跳频部分来使用。

根据频分方式，借由蓝牙收发器102和104的同步收发，两个蓝牙收发器102和104之间的相互干扰被有效地抑制。借由具有抑制的相互干扰的MIMO蓝牙架构，蓝牙LE网格模式始终打开而不会暂停蓝牙经典模式操作，如免提通话或A2DP音频流。其他蓝牙模式也可被选择来构建DMDC场景。

图8是除了蓝牙收发器102和104之外还具有WiFi收发器802的无线设备800的框图。控制单元804控制WiFi收发器802和蓝牙收发器102和104。基于频分(非重叠频率图或具有非重叠跳频的部分重叠频率图)，控制单元804同步蓝牙收发器102和104的收发。收发同步的蓝牙收发器102和104提供更宽的带宽。蓝牙传播的吞吐量被提高，从而减少数据的空中时间和功耗。WiFi收发器802借由时分方式与蓝牙收发器102和104共享带宽，因此具有更长的时间用于传输或接收WiFi数据。蓝牙收发器102和104与WiFi收发器802之间存在良好的共存。

控制单元804可以具有各种设计。在示例性实施例中，无线设备800可使用包括蓝牙收发器102和104以及控制单元106的MIMO蓝牙模块100。控制单元106可以与控制WiFi收发器802的MAC组合以形成控制单元804。

在一些示例性实施例中，具有同步收发的蓝牙收发器的数量多于两个。

使用前述概念来实现MIMO蓝牙模块(包括组合芯片内的多个蓝牙收发器或具有安装在PCB板上以配备到设备的多个蓝牙收发器)的其他技术在本公开的范围内。基于以上内容，本发明还涉及用于减少一个MIMO蓝牙模块内的蓝牙收发器之间的相互干扰的方法。

根据本发明的示例性实施例的用于减少一个MIMO蓝牙模块内的蓝牙收发器之间的相互干扰的方法包括以下步骤：根据同步传输模式操作第一蓝牙收发器和第二蓝牙收发器，在第二蓝牙收发器接收数据时，停止使用第一蓝牙收发器传输数据；在第一个蓝牙收发器正在接收数据时，停止使用第二个蓝牙收发器传输数据。

尽管已经通过示例并且根据具体实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的实施例。相反，旨在涵盖各种修改和类似的布置(对于本领域技术人员来说是显而易见的)。因此，所附权利要求的范围应当被赋予最广泛的解释，以包含所有这些修改和类似的安排。

Claims (20)

1.一种多输入多输出蓝牙模块，包括：

第一蓝牙收发器和第二蓝牙收发器；以及

控制单元，设置同步传输模式以操作所述第一蓝牙收发器和所述第二蓝牙收发器；

其中，

当所述第二蓝牙收发器正在接收资料时，所述控制单元停止使用所述第一蓝牙收发器来传输资料，以及

当所述第一蓝牙收发器正在接收资料时，所述控制单元停止使用所述第二蓝牙收发器来传输资料。

2.如权利要求1所述的多输入多输出蓝牙模块，其特征在于，当所述第一蓝牙收发器和所述第二蓝牙收发器在所述同步传输模式时，所述控制单元以频分方式操作所述第一蓝牙收发器以及所述第二蓝牙收发器。

3.如权利要求2所述的多输入多输出蓝牙模块，其特征在于，所述控制单元更设置同步接收模式以操作所述第一蓝牙收发器和所述第二蓝牙收发器。

4.如权利要求3所述的多输入多输出蓝牙模块，其特征在于，当所述第一蓝牙收发器和所述第二蓝牙收发器在所述同步接收模式时，所述控制单元以频分方式操作所述第一蓝牙收发器和所述第二蓝牙收发器。

5.如权利要求4所述的多输入多输出蓝牙模块，其特征在于，所述控制单元操作所述第一蓝牙收发器和所述第二蓝牙收发器用于载波聚合。

6.如权利要求5所述的多输入多输出蓝牙模块，其特征在于，由于所述同步传输模式，所述第一蓝牙收发器和所述第二蓝牙收发器以双倍带宽传输文档。

7.如权利要求5所述的多输入多输出蓝牙模块，其特征在于，所述第一蓝牙收发器和所述第二蓝牙收发器分别同时传输第一文档和第二文档。

8.如权利要求4所述的多输入多输出蓝牙模块，其特征在于，所述控制单元以双模双并发的方式操作所述第一蓝牙收发器和所述第二蓝牙收发器。

9.如权利要求8所述的多输入多输出蓝牙模块，其特征在于，当所述第一蓝牙收发器处于蓝牙经典模式，所述第二模式蓝牙收发器处于蓝牙低能量网格模式。

10.如权利要求4所述的多输入多输出蓝牙模块，其特征在于，所述第一蓝牙收发器是主设备，与作为从设备的第一远程蓝牙收发器配对，所述第二蓝牙收发器是主设备，与作为从设备的第二远程蓝牙收发器配对；

所述第一蓝牙收发器确定用于与所述第一远程蓝牙收发器通信的第一频率图，所述第二蓝牙收发器确定用于与所述第二远程蓝牙收发器通信的第二频率图；以及

所述控制单元控制所述第一蓝牙收发器和所述第二蓝牙收发器，以确保所述第一频率图和所述第二频率图不重叠，或确保所述第一频率图和所述第二频率图部分重叠，以及所述第一频率图和所述第二频率图在所述同步传输模式和所述同步接收模式期间根据非重叠跳频来使用。

11.如权利要求4所述的多输入多输出蓝牙模块，其特征在于，

所述第一蓝牙收发器是主设备，与作为从设备的第一远程蓝牙收发器配对，所述第二蓝牙收发器是从设备，与作为主设备的第二远程蓝牙收发器配对；

所述第一蓝牙收发器确定用于与所述第一远程蓝牙收发器通信的第一频率图，所述第二远程蓝牙收发器确定用于与所述第二蓝牙收发器通信的第二频率图；以及

所述第一蓝牙收发器根据所述第二频率图确定所述第一频率图以确保所述第一频率图和所述第二频率图不重叠，或确保所述第一频率图和该第二频率图部分重叠，以及所述第一频率图和所述第二频率图在所述同步传输模式和所述同步接收模式期间根据非重叠跳频来使用。

12.如权利要求4所述的多输入多输出蓝牙模块，其特征在于，所述第一蓝牙收发器是从设备，与作为主设备的第一远程蓝牙收发器配对，以及所述第二蓝牙收发器是从设备，与作为主设备的第二远程蓝牙收发器配对；

所述第一远程蓝牙收发器确定用于与所述第一蓝牙收发器通信的第一频率图，所述第二远程蓝牙收发器确定用于与所述第二蓝牙收发器通信的第二频率图；以及

所述控制单元控制所述第一蓝牙收发器和所述第二蓝牙收发器以提供推荐用于所述第一远程蓝牙收发器和所述第二远程蓝牙收发器，从而所述第一远程蓝牙收发器和所述第二远程蓝牙收发器确保所述第一频率图和所述第二频率图不重叠，或确保所述第一频率图和所述第二频率图部分重叠，以及所述第一频率图和所述第二频率图在所述同步传输模式和所述同步接收模式期间根据非重叠跳频来使用。

13.如权利要求4所述的多输入多输出蓝牙模块，其特征在于，所述控制单元包括统一媒体访问控制器，用于控制所述第一蓝牙收发器和所述第二蓝牙收发器。

14.如权利要求4所述的多输入多输出蓝牙模块，其特征在于，所述控制单元包括第一媒体访问控制器和第二媒体访问控制器，用于分别控制所述第一蓝牙收发器和所述第二蓝牙收发器；以及

根据多个协调信号所述第一媒体访问控制器和所述第二媒体访问控制器相互协调，用于所述第一蓝牙收发器和所述第二蓝牙收发器的所述同步传输模式和所述同步接收模式。

15.如权利要求1所述的多输入多输出蓝牙模块，其特征在于，所述控制单元以第一频率图操作所述第一蓝牙收发器，以及以第二频率图操作所述第二蓝牙收发器，其中所述第二频率图与所述第一频率图不重叠。

16.如权利要求1所述的多输入多输出蓝牙模块，其特征在于，所述控制单元以第一频率图操作所述第一蓝牙收发器，以及以第二频率图操作所述第二蓝牙收发器，其中所述第二频率图与所述第一频率图部分重叠；以及

所述控制单元控制所述第一蓝牙收发器和所述第二蓝牙收发器以操作于非重叠跳频。

17.一种无线设备，包括：

如权利要求1所述的多输入多输出蓝牙模块；以及

WiFi收发器；

其中所述WiFi收发器和所述蓝牙收发器以时分方式在多输入多输出蓝牙模块共用传输频带。

18.如权利要求17所述的无线设备，其特征在于，所述第一蓝牙收发器和所述第二蓝牙收发器借由双倍频宽用于蓝牙资料以保留更多时间用于WiFi传输。

19.如权利要求18所述的无线设备，其特征在于，当所述第一蓝牙收发器和所述第二蓝牙收发器处于所述同步传输模式，所述第一蓝牙收发器和所述第二蓝牙收发器根据频分方式被操作。

20.如权利要求19所述的无线设备，其特征在于，当所述第一蓝牙收发器和所述第二蓝牙收发器处于所述同步接收模式，所述第一蓝牙收发器和所述第二蓝牙收发器根据频分方式被操作。

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