CN101366200B - 用于导频信号传输的方法和装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种导频传输方案，其中在第一OFDM符号周期中，通过多个子载波在第一组天线上发射第一导频序列。在第二OFDM符号周期中，通过多个子载波在第二组天线上发射第二导频序列。当第二组天线发射导频序列时第一组天线不发射导频序列。另外，当第一组天线发射导频序列时第二组天线不发射导频序列。

Description

用于导频信号传输的方法和装置

技术领域

本发明通常涉及导频信号的传输，特别涉及一种在通信系统中用于导频信号传输的方法和装置。

背景技术

导频信号、前导信号或基准信号通常用于通信系统中，使得接收机能够执行多个关键功能，包括但不局限于计时和频率同步的获得和跟踪，对用于信息数据后续解调和解码的所期望信道的估计和跟踪，对用于切换、干扰抑制等的其它信道特征的估计和监视。几个导频方案能够用于通信系统，并且通常包括在已知时间间隔上的已知序列传输。仅仅提前知道序列或知道序列和时间间隔的接收机利用这个信息来执行上述功能。

在较早的正交频分复用(OFDM)系统中所用的典型导频格式是“离散导频”格式，其中根据所期望的最大多普勒频率和最大延迟扩展，导频分别分布在时间和频率上。离散导频可以被看作是最常用的导频格式，但是它们非常难于规范。例如，几乎不清楚如何支持数量可变的发射天线，如何优化低用户速率而又允许插入高速率的附加导频，以及如何避免离散导频边缘效应。由于导频位于帧和子帧的边缘上的不同位置，因此通常信道估计更加困难。例如，一些较为简单的信道估计技术可能无法适用，并且还必须要用更多组插值滤波器。除了更加复杂之外，离散导频还限制执行时分复用(TDM)导频功率节约机制(例如，利用紧邻控制信道的TDM导频来对控制信道进行解码，然后如果接收机没有数据要接收，则关闭接收机直到下一个控制信道传输)的能力。因此，就需要一种在通信系统中用于导频信号传输的方法和装置来缓解上述问题。

附图说明

图1是通信系统的模块图。

图2示出了将宽带信道划分成多个窄频带(子载波)。

图3示出了图1中的通信系统的导频信号传输。

图4是导频格式设计的详细示图。

图5示出了导频传输方案的更加简化的示意图。

图6示出了导频传输方案的双天线版本。

图7是该导频传输方案的替换实施例。

图8是四天线导频传输方案，其中在一个OFDM符号中包含所有的导频序列。

图9是基站的简单模块图。

图10是示出基站操作的流程图。

图11示出了改善DC子载波周围的信道估计的导频传输方案。

图12示出了改善子载波边缘的信道估计的导频传输方案。

具体实施方式

为了满足上述需求，在此公开了一种用于导频信号传输的方法和装置。具体地，基站单元在已知的时间间隔发送作为其部分下行链路传输的已知序列。知道该序列和时间间隔的远程单元利用这个信息对传输进行解调/解码。应用一种导频方案，其中在第一个OFDM符号周期中，通过多个子载波在第一组天线上发送第一导频序列。在第二个OFDM符号周期中，通过多个子载波在第二组天线上发送第二导频序列。当第二组天线发送导频序列时，第一组天线不发送导频序列。另外，当第一组天线发送导频序列时，第二组天线不发送导频序列。

上述导频方案最好用于低速率的情况，并能够利用经简单时域插值而位于当前子帧两侧的子帧上的导频来处理高速率。对于非常高的速率来讲，或对于无法利用邻近子帧中的公共导频的子帧来讲，可以自适应地包括另外的开销(如具有接近帧末端的导频的附加OFDM符号)来进行信道估计。

本发明包括用于具有多个天线的发射机的导频传输方法。该方法包括以下步骤：在第一符号周期中通过多个子载波在第一组天线上发送第一导频序列，在第二符号周期中通过多个子载波在第二组天线上发送第二导频序列。当第二组天线发送导频序列时，第一组天线不发送导频序列，并且当第一组天线发送导频序列时，第二组天线不发送导频序列。每M个符号周期第一组和第二组天线仅发送一个导频序列。

本发明还包括发射机，该发射机包括在第一符号周期中通过多个子载波发送第一导频序列的第一组天线。该发射机还包括在第二符号周期中通过多个子载波发送第二导频序列的第二组天线。当第二组天线发送导频序列时该第一组天线不发送导频序列，当第一组天线发送导频序列时，第二组天线不发送导频序列。

本发明包括一种导频传输方法。该方法包括步骤：在OFDM符号周期中，在一个或多个天线上通过多个子载波发送导频序列，其中，基本上(substantially)在OFDM符号中的每K_D个子载波上发送导频序列。在OFDM符号周期中，在与DC子载波邻近的子载波上发送导频序列，其中在邻近的子载波上发送的导频序列重复应当出现在DC子载波上的导频序列。

本发明还包括一种导频传输方法。该方法包括步骤：在OFDM符号周期中，利用一个或多个天线通过多个子载波发送导频序列，其中基本上在OFDM符号中的每K_D个子载波上发送导频序列。在前面的OFDM符号周期中，在邻近频带边缘的子载波上发送导频序列，其中在邻近该频带边缘的子载波上发送的导频序列重复正好应当出现在该频带边缘之外的子载波上的导频序列。

现在转向附图，相同的标号表示相同的部件，图1是采用导频传输的通信系统100的模块图。通信系统100采用下一代OFDM或基于多载波的架构。该架构还可以包括采用扩频技术，如多载波码分多址(MC-CDMA)，多载波直接序列CDMA(MC-DS-CDMA)，具有一维或两维扩频的正交频分和码分复用(OFCDM)或基于较为简单的时分和/或频分复用/多址技术或这些技术的组合。在另外的实施例中，通信系统100可以利用其他的宽带蜂窝通信系统协议，例如但不局限于时分多址(TDMA)或直接序列CDMA。

正如本领域普通技术人员将要意识到的，在OFDM系统的操作过程中，利用多个子载波(如，601子载波，768，子载波等)发送宽带数据。这在图2中示出。如图2所示，将宽带信道划分成许多个窄频带(子载波)201，数据在这些子载波201上并行发送。

回到图1，通信系统100包括基站单元101和远程单元103。远程单元103还可以称作通信单元，用户设备(UE)，或简称移动台，而基站单元101还可以称作通信单元或简称节点B。基站单元101包括在扇区内服务多个远程单元的发射机和接收机。如本领域所公知的，可以将由通信网络提供服务的整个物理区域划分成多个小区，每个小区可以包括一个或多个扇区。基站单元101可以利用多个天线109来为每个扇区服务，从而提供多种先进的通信模式(如，自适应波束成形，发送分集，发送空分多址(SCDMA)，多流传输等)。基站单元101在相同资源(时间、频率或两者)的至少一部分上发送下行链路通信信号104以服务远程单元。远程单元103通过上行链路通信信号106与基站单元101通信。

应该注意，尽管图1中仅示出了一个基站单元和一个远程单元，但本领域技术人员会意识到典型的通信系统包括同时与多个远程单元进行通信的多个基站单元。还应该注意，尽管为了简要，主要针对从一个基站单元到多个远程单元的下行链路传输的情况对本发明进行了描述，但本发明还可以应用于从多个远程单元到多个基站单元的上行链路传输。

如上所述，导频辅助调制通常用于辅助多个功能，如用于发送信号的后续解调的信道估计。为此，基站单元101在已知的时间间隔发送作为其下行链路传输一部分的已知序列。知道该序列和时间间隔的远程单元103利用这个信息对该传输进行解调/解码。图3示出了这种导频传输方案。如图所示，在特定的子载波上来自于基站单元101的下行链路传输300通常包括导频序列301和紧随其后的剩余传输302。在剩余传输302期间，可以一次和多次出现相同或不同的序列。因此，基站单元101包括导频信道电路107，其与发送数据的数据信道电路108一起发送一个或多个导频序列。注意导频序列301可以混有或不混有数据符号。还应注意，导频序列301和剩余传输302可以包括子帧，在其他时间间隔上重复该子帧结构。例如，子帧可以由M个OFDM符号组成，其中该M个OFDM符号包括导频和数据序列，可以在多个时间周期上重复该M个OFDM符号的整个结构。

应注意，尽管图3示出了位于传输开始的导频序列301，但是在本发明的多个实施例中，导频信道电路可在下行链路传输300的任意位置包括导频序列301，也可以在单独的信道上传输。剩余传输302通常包括传输，例如但不局限于，接收机在执行解调/解码之前需要知道的信息(称为控制信息)，以及针对用户的实际信息(用户数据)。

如上所述，在较早的OFDM系统中通常采用的导频格式是具有分别根据预期最大多普勒频率和最大延迟扩展分布在时间和频率上的导频的“离散导频”格式。离散导频可以被看作是最为常用的导频格式，但它们很难规范。

为了解决这个问题，在本发明的第一实施例中，采用了一种导频方案，其中在第一符号周期(如，OFDM符号周期号2)中，在第一组天线(如天线1和2)上通过多个子载波发送第一导频序列。在第二OFDM符号周期(如，OFDM符号周期号7)中，在第二组天线(如天线3和4)上通过多个子载波上发送第二导频序列。通常，天线组可以仅包括一个天线。当第二组天线发送导频序列时，第一组天线不发送导频序列。另外，当第一组天线发送导频序列时，第二组天线不发送导频序列。在每M个符号周期的一个OFDM符号周期中，第一组和第二组天线仅发送一个导频序列(即，每个子帧的一个导频序列)。注意，第一导频序列可以包括从第一组天线分开发送的两个不同序列。同样地，第二导频序列可以包括从第二组天线分开发送的两个不同序列。

图4示出了导频传输方案的较为详细的示意图。格式是TDM格式，子帧中的OFDM符号之一包含了所有导频符号。特别是，正如本领域技术人员将要知道的，对于一个或多个子载波的特定子信道来讲，OFDM帧包括多个子帧，每个子帧都由M个OFDM符号组成。资源模块由一个或多个用于N个符号的子载波组成。因此，在图4中，N_c个子载波用于向远程单元发送数据。该N_c个子载波利用每个子帧中的M个符号(例如，M＝7符号/子帧)。图4还示出了通常不包含下行链路传输的数据的中间或零或直流(DC)子载波。另外，在每个子帧中发送第一和第二符号周期，第一和第二符号周期包括来自于第一和第二组天线的导频传输，其中子帧包括M个OFDM符号。

上述导频方案非常容易通过(a)将导频划分成四部分并在天线之间交替，或通过(b)使所有天线在所有导频子载波上传输，而适用于在OFDM符号周期中的至少四个发射天线，其中每个发射天线发送相同的基本导频序列，但具有不同的相移序列，以便能够在接收机上分离信道估计。对于在第k子载波上的发射天线m来讲，给出了导频值如下：

S_m(k)＝x(k)e^{-j2πk(m-1)/P}    (1)

其中x(k)是所有发射天线共用的扇区专用导频序列(例如，具有良好特性的常量序列)，P是循环移位指数。对于图4中的导频格式来讲，其每隔一个子载波具有导频符号；P＝8可用于四个发射天线，P＝4可用于两个发射天线。注意，S_m(k)仅定义在具有导频符号的子载波上。方法(b)的优点在于当在移动台上执行信道估计时，线性相移使得信道对于多个发射天线在时域上正交(即，频域中的线性相移是时域中的循环时移)。

上述导频方案最好用于低速率的情况，并能够利用经简单时域插值而位于当前子帧两侧上的子帧中的导频来处理高速率。对于非常高的速率来讲，或对于无法利用邻近子帧中的公共导频的子帧来讲，能够自适应地包括另外的开销(如具有接近帧末端的导频的附加OFDM符号)来进行信道估计。这些附加导频通常限定在资源模块或需要附加导频的子帧中，并且不能够被其它的子帧使用，除非该额外导频是明确的(专用的或广播控制消息)，或者隐含公开的(例如，在无线电帧的最后子帧中，或由于发送的UE速率测量)。

应该注意，TDM导频格式允许非常简单的信道估计算法，并在频率空间提供了足够高的导频密度以实现各种增强的估计算法(如，跟踪其它小区干扰的频率选择性用于增强的对数似然比(LLR)的产生，在低信号对噪声加干扰功率比(SINR)的情况下，利用抽头门限技术进行“噪声消除”等)。另外，控制信息能够作为导频放在相同的(或邻近的)OFDM符号中以允许任何移动单元进行非常快的信道估计(采用简化的基于有限脉冲响应(FIR)或快速傅立叶变换(FFT)处理的1维信道估计器)，并能够立即对控制信息进行解码，进而缩短了滞后。对于各种无线通信系统来讲，缩短滞后是非常重要的需求。TDM控制还允许关闭对帧的剩余部分的处理过程，这对长帧来讲特别重要。

图5示出了导频传输方案的更加简化的示意图，其中仅简单示出了N_c个子载波的子集。在本发明的第一实施例中，四个天线109用于向移动单元103发送下面的数据/导频方案。正如本领域技术人员将会知道的，在符号周期中发送的所有导频符号包括导频序列，该导频序列在符号周期的少于全部的子载波上发射。导频序列可以包括广义线性调频(GCL)序列，或可以是简单的循环移位序列，或任何伪随机(PN)或PN恒定振幅序列。另外，将仅在某些天线上广播特定符号周期中的导频符号。因此例如，在利用四个天线的基站中，将仅利用天线1和2来广播导频符号P1，P2和P3。在这些符号周期中将不使用天线3和4进行广播。同样，仅利用天线3和4来广播导频P4，P5和P6。在这些符号周期中将不使用天线1和2进行广播。

通常来讲，在第一符号周期中，通过多个子载波在第一组天线上发射第一导频序列。在第二符号周期中，通过多个子载波在第二组天线上发射第二导频序列。当第二组天线发射导频序列时，第一组天线不发射导频序列。另外，当第一组天线发射导频序列时，第二组天线不发射导频序列。在每个M符号周期中第一和第二组天线仅发射一个导频序列(即，每个子帧一次)。尽管在上述实施例中，仅给出了具有相同数量天线的第一和第二组天线，但在本发明的其它实施例中，一组天线可以小于另一组天线(即包含较少的天线)。另外，优选两组天线都包括多个天线；然而其中任意一组或两组天线可以仅包括一个天线。

在极少的希望有相邻子帧但又没有的情况下，可以通过不在子帧中安排(通过调度)具有高速率的用户来维持高性能。或者，可以将调制限于QPSK或为附加的临时开销填加更多的导频(如，在两个导频符号之后的OFDM符号中)。

在本发明的第一实施例中，四个基站发射天线109用于缺省配置中。然而，如果基站仅有1-2个天线，则可以如图6所示，通过消除导频格式中的一半导频来有选择地减少导频开销。每个超帧最多能够传送一次基站能力(超帧是多个子帧集合)，因此基站能力的信令(配置消息)非常少见。为了在非常高的速率上进行操作(或当没有邻近子帧时)，可以将用于天线1和2的第二导频序列加到第二OFDM符号周期导频符号中。图5中也示出了这个实施例，其中天线1和2在OFDM符号周期2和OFDM符号周期7上发送导频序列。换句话说，天线1和2在导频符号P1，P2，P3，P4，P5和P6上发射。

建议格式是TDM(每个天线)。如果使用先进的多天线技术(如，循环移位分集)来进行控制，则如果希望，如图7所示，可以将第二导频符号移至邻近第一符号和TDM控制。这个方案除了在导频符号(在时间上)之间不存在数据符号之外，与图5所述的相似。

另外，可以进行其它导频布置，例如，将用于发射天线3和4的导频移至与天线1和2相同的OFDM符号周期，但是在子载波的不同集合中。图8示出了这种导频布置，其中P₁₂表示用于天线1和2的导频，P₃₄表示用于天线3和4的导频。因此，对于这种导频传输方案来讲，在OFDM符号周期中，通过第一多个子载波在第一组天线上发射第一导频序列。另外，在OFDM符号周期中，通过第二多个子载波在第二组天线上发射第二导频序列。当第二组天线发射导频序列时，第一组天线在第二多个子载波上什么也不发射。当第一组天线发射导频序列时，第二组天线在第一多个子载波上什么也不发射。在每个M符号周期中，第一和第二组天线仅发射一个导频序列(即，每个子帧一次)。

图9是基站101的简单模块图。如所示的，基站101包括子信道电路903、开关905和天线109(仅标出了一个子信道电路和天线)。子信道可以包括一个或多个子载波。如果子信道包括多于一个子载波，则构成子信道的子载波可以是相邻的或不相邻的。提供逻辑电路901以控制到子信道电路903和控制开关905的输出。图10中示出了基站101的操作。

图10是示出基站101操作的流程图。逻辑流程开始于步骤1001，其中由逻辑电路901接收数据和导频信息。逻辑电路901确定符号周期并根据符号周期将数据和导频指示至适当的子信道(步骤1003)。例如，如果特定的子信道用于在特定的符号周期中发送导频信息，则在那个符号周期中，可以将导频信息指示到那个子信道。在步骤1005中，逻辑电路901指示开关905将来自于子信道电路903的导频或数据信息传送至适当的天线109。例如，如果仅在天线的子组上广播导频信息，则开关905将把导频信息传输至该子组。

如上所述，在第一实施例中，在第一OFDM符号周期中，通过多个子载波在第一组天线上发射第一导频序列。在第二OFDM符号周期中，通过多个子载波在第二组天线上发射第二导频序列。当第二组天线发射导频序列时，第一组天线不发射导频序列。另外，当第一组天线发射导频序列时，第二组天线不发射导频序列。

在本发明的第二实施例中，在OFDM符号周期中，通过第一多个子载波在第一组天线上发射第一导频序列。另外，在OFDM符号周期中，通过第二多个子载波在第二组天线上发射第二导频序列。当第二组天线发射导频序列时，第一组天线在第二多个子载波上不发射导频序列。另外，当第一组天线发射导频序列时，第二组天线在第一多个子载波上不发射导频序列。

典型的接收机将包括单个天线以通过多个子载波在第一符号周期中接收由第一组天线发送的第一导频序列。该接收机将通过多个子载波在第二符号周期中接收由第二组天线发送的第二导频序列。如所述的，当第二组天线发射导频序列时，第一组天线不发射导频序列，并且当第一组天线发射导频序列时，第二组天线不发射导频序列。

假设采用图5中的导频格式，每三个字载波上存在导频，导频符号可以位于DC(零)子载波上。由于典型的无线通信系统不在DC子载波上发送任何导频或数据信息，因此这是不希望的。当这种情况发生时，为了增强信道估计性能，利用等式(1)对DC子载波编码导频符号(即，利用DC子载波的k值，用k_dc表示)，然后在子载波k_dc-1和k_dc+1上重复这个导频符号以替代数据符号。

图11示出了对于图5中示出的导频格式如何分配邻近DC子载波的子载波上的导频符号的例子。导频传输与以上描述相类似，然而，在每三个子载波上分配导频符号，并且这个分配策略以DC子载波上的导频而结束。在典型的OFDM系统中，在DC子载波上不发送数据和导频，然而为了使得简单的信道估计器具有良好的性能，就仍然希望在DC位置上具有虚拟导频。为了实现这一点，在邻近DC子载波的子载波上重复标为P_dc的将要/应当在DC出现的导频。然后，接收机将在邻近子载波上接收到的数据平均到DC，以在DC上生成虚拟接收导频符号。P_dc的例子对我们而言是(1)中的k＝k_dc。

为了在DC上有较好的信道估计，在OFDM符号周期中，在一个或多个天线上通过多个子载波来发送导频序列，其中基本上，在OFDM符号中，在每K_D个子载波(如，K_D＝3)上发送导频序列。导频序列包括在位于邻近DC子载波的子载波上发送的导频符号。在与DC邻近的子载波上发送的导频序列重复了要在DC子载波上出现的或已在DC上出现的导频序列。导频序列可以是上述提到的P_dc值。

与刚刚提到的用于增强DC子载波周围的信道估计的方法相类似，图12示出了用于增强频带边缘的信道估计的导频格式。这里为了简洁，将位于信号带宽边缘的子载波标为子载波0(注意，图12中的子载波编号不同于图4)。在从正处于信号频带以外或经频带末端的频带边缘以外的子载波(还可以称为子载波-1)开始的每三个子载波上出现天线1和2的导频序列。然而，由于子载波-1位于频带设置之外，因此在其上不传送任何数据。为了在子载波-1上产生用于天线1和2的虚拟导频，为子载波-1设计的导频符号(如，利用等式(1)中的k＝-1)在子载波1的第一OFDM符号和子载波0的第二OFDM符号上重复。然后，通过对在这两个导频位置上的接收信号进行组合(如，利用线性插值)来生成子载波-1上的虚拟接收导频符号。对于天线3和4的导频序列来讲，可以在频带的其它端上使用类似的处理程序。例如，比如说，最后子载波是子载波K-1，那么，可能希望导频序列用于子载波K上的天线3和4，该子载波K正位于信道频带或频带边缘以外。为了实现这一点，可以将子载波K的导频符号(如，利用等式(1)中的k＝K)在子载波K-2的OFDM符号1以及子载波K-1的OFDM符号2上重复。接着，通过将这两个导频位置上的接收信号进行组合来生成子载波K上的虚拟接收导频符号。

尽管结合特定实施例，对本发明进行了特定的表示和描述，然而本领域技术人员应明白，在不背离本发明精神和范围的情况下，在形式上和细节上所作的各种修改都是可以的。这意味着这种修改落在了以下权利要求的范围内。

Claims (7)

1.一种用于具有多个发射天线的基站单元的正交频分复用OFDM系统中的导频传输的方法，该方法包括以下步骤：

在第一符号周期中的第一时间，经由通信系统中的发射机，通过第一多个子载波在第一天线或第一组天线上发射第一导频序列；以及

在第二符号周期中的第二时间，经由所述发射机，通过第二多个子载波在第二天线或第二组天线上发射第二导频序列，其中在具有M个OFDM符号周期的每个子帧，所述第一组和第二组天线仅发射一个导频序列；

其中当所述第二天线或第二组天线发射导频序列时，所述第一天线或第一组天线不发射导频序列，并且当所述第一天线或第一组天线发射导频序列时，所述第二天线或第二组天线不发射导频序列；并且

其中所述第一符号周期不同于所述第二符号周期，所述第一导频序列不同于所述第二导频序列。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一符号周期是子帧的第一或第二OFDM符号周期，并且所述第二符号周期接近所述子帧的末端。

3.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：在所述第一符号周期中，在与直流DC子载波邻近的子载波上发送所述导频序列，其中在邻近的子载波上发送的所述导频序列重复应当出现在所述DC子载波上的导频序列。

4.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：在所述第一符号周期和所述第二符号周期之前的符号周期中，在邻近频带边缘的子载波上发送导频序列，其中在邻近该频带边缘的子载波上发送的导频序列重复正好应当出现在该频带边缘之外的子载波上的导频序列。

5.如权利要求1所述的方法，其中通过第一多个子载波发射第一导频序列的步骤和通过第二多个子载波发射第二导频序列的步骤包括步骤：在所述符号周期的少于全部的子载波上发射导频序列。

6.一种正交频分复用OFDM系统中的基站单元，包括：

第一天线或第一组天线，在第一符号周期中，通过第一多个子载波发射第一导频序列；以及

第二天线或第二组天线，在第二符号周期中，通过第二多个子载波发射第二导频序列，其中在具有M个OFDM符号周期的每个子帧，所述第一组和第二组天线仅发射一个导频序列；

其中当所述第二天线或第二组天线发射导频序列时，所述第一天线或第一组天线不发射导频序列，并且当所述第一天线或第一组天线发射导频序列时，所述第二天线或第二组天线不发射导频序列，并且

其中所述第一符号周期不同于所述第二符号周期，所述第一导频序列不同于所述第二导频序列。

7.一种用于正交频分复用OFDM系统中的远程单元的导频接收的方法，该方法包括以下步骤：

在第一符号周期中，在第一时间由包括单个天线的接收机通过第一多个子载波接收第一导频序列，所述第一导频序列是在第一天线或第一组天线上发射的；以及

在第二符号周期中，在第二时间由所述接收机通过第二多个子载波接收第二导频序列，所述第二导频序列是在第二天线或第二组天线上发射的，其中在具有M个OFDM符号周期的每个子帧，所述第一和第二天线或者所述第一组和第二组天线仅发射一个导频序列；

其中当所述第二天线或第二组天线发射导频序列时，所述第一天线或第一组天线不发射导频序列，并且当所述第一天线或第一组天线发射导频序列时，所述第二天线或第二组天线不发射导频序列；并且

其中所述第一符号周期不同于所述第二符号周期，所述第一导频序列不同于所述第二导频序列。

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