CN103314546A - 用于同时发送和接收数据序列和用于链路自适应的信道信息的方法和设备 - Google Patents

用于同时发送和接收数据序列和用于链路自适应的信道信息的方法和设备 Download PDF

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CN103314546A CN2011800654734A CN201180065473A CN103314546A CN 103314546 A CN103314546 A CN 103314546A CN 2011800654734 A CN2011800654734 A CN 2011800654734A CN 201180065473 A CN201180065473 A CN 201180065473A CN 103314546 A CN103314546 A CN 103314546A
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Abstract

本发明涉及用于同时发送和接收数据序列(d)和用于链路自适应的信道信息(CI)的方法和设备。为了提供消耗更少的传输资源并且改进网络的整体频谱效率的方法、发射机单元(34)和接收机单元(38)，建议用于通过无线网络的无线电信道(29)同时发送数据序列(d)和用于链路自适应的信道信息(CI)的方法和发射机单元(34)，该方法包括使用信道编码器(19)将所述数据序列编码成码字(c)，通过无线电信道发送(21)码字，其中所述方法进一步包括使用所述信道编码器(19)将信道信息(CI)包括在码字(c)中，所述码字(c)包括数据序列(d)和信道信息(CI)二者。进一步，建议用于接收和解码发送的码字(c)的相应方法和接收机单元(38)。

Description

用于同时发送和接收数据序列和用于链路自适应的信道信息的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于通过无线网络的无线电信道同时发送数据序列和用于链路自适应的信道信息的方法和发送机单元，以及涉及用于从无线网络的无线电信道同时接收数据序列和用于链路自适应的信道信息的方法和接收机单元。
背景技术
已知蜂窝通信网络使用链路自适应以便适配从网络的基站到注册到基站的终端的下行链路方向上的传输。为此，终端获得涉及无线电信道的信道信息并且将该信道信息传送到基站。基站基于从终端接收到的信道信息适配下行链路方向上的传输。
向基站传送信道信息消耗无线电信道的传输资源并且因此减小蜂窝通信网络的整体频谱效率。特别地，如果信道的状态变化地很快，则终端必须频繁地更新存储在基站中的信道信息。在多用户MIMO和MIMO-OFDMA系统中，如果网络的无线电小区的用户和/或天线的数目增加，则由通信信道信息对基站造成的开销可能变得不可接受。
已知蜂窝通信网络使用信道信息的源编码，例如，减小信道信息的冗余，以便保持由于向基站小区传送信道信息而造成的开销。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于同时发送和/或接收数据序列和用于链路自适应的信道信息的方法、发送机单元和/或接收机单元，其消耗更少的传输资源并且改进网络的整体频谱效率。
根据一个优选实施例，提供一种用于通过无线网络的无线电信道同时发送数据序列和用于链路自适应的信道信息的方法，该方法包括使用信道编码器将所述数据序列编码成码字，通过无线电信道发送码字，并且使用所述信道编码器将信道信息包括在码字中，所述码字包括数据序列和信道信息二者。换句话说，单个的信道编码器用于对数据序列和信道信息二者进行编码。因此，数据序列和信道信息被包括在单个码字中。将信道信息包括在码字中可以包括使用所述信道编码器以非冗余方式将信道信息嵌入进码字中。将信道信息嵌入进码字中但仅发送关于数据信息的比特减小由发送信道信息所造成的开销并且因此改进无线网络的效率。进一步，由于数据和信道信息比特之间的相关性(在编码过程期间构建)，由接收机来解译信道信息是可能的。该方法允许高效地在网络的不同网元(像终端和基站)之间传输信道信息。当应用该方法时，即使需要频繁的更新信道信息，例如从网络的终端向网络的基站发送信道信息，高效的链路自适应是可能的。
该方法可以结合任意类型的无线网络来应用。例如，无线网络可以是蜂窝网络，例如通用移动通信系统(UMTS)、长期演进(LTE)系统、LTE-高级系统或全球微波互操作性(WiMAX)系统。
信道信息描述了信道的瞬时特性。在LTE中，信道信息也被称为信道状态信息(CSI)。信道信息可以包括信道质量指示符(CQI)。在LTE中，终端估计信道的质量、基于估计的质量来确定CQI以及向基站发送CQI。进一步，信道信息可以包括预编码矩阵指示符(PMI)。终端可以向基站发送PMI。基站可以基于从终端接收的PMI来确定预编码权重或预编码矩阵并且根据预编码权重来适配到该终端的下行链路数据传输。
数据序列可以包括更高层的净荷数据和/或用于控制数据传输的另外的控制数据。
通常，码字可以由基于数据序列或基于数据序列和信道信息二者的代码比特组成。即，码字不具有仅对应于信道信息的代码比特。即，通过将用于信道信息的特殊比特包括在码字中，信道信息不被显式地传输。不使用用于信道信息的专用代码比特来对信道信息进行编码允许通过利用它们的冗余来扩展现有的信道代码。这不需要将额外的比特插入到码字中。结果是，插入信道信息稍微减小信道代码的纠错能力。然而，在许多实施例中，数据序列比信道信息具有更多的数据比特。因此，得到的关于用于生成码字的代码的检错率的临界退化将是可接受的。
在一个实施例中，信道编码器是系统编码器，优选地是系统卷积编码器，并且所述编码包括通过系统地对数据序列和信道信息进行编码来生成码字。
优选地，所述编码包括对生成的码字的对应于信道信息的比特的至少一个比特进行凿孔。在一个实施例中，所述编码包括对生成的码字的对应于信道信息的比特的所有比特进行凿孔。通过凿孔，从码字移除对应于信道信息的代码比特。结果是，插入信道信息不会向码字添加比特。通过利用代码的冗余性，仍可以由接收凿孔的码字的接收机来重生成信道信息。
替代于对码字进行凿孔，在一些实施例中，所述编码可以包括使用第一代码、基于数据序列来生成第一中间码字和使用第二代码、基于信道信息来生成第二中间码字，第二代码的每个码字不同于第一代码的任意码字。换句话说，不被第一代码使用的码字，即不属于第一代码的码字用于对信道信息进行编码。
优选地，所述编码包括通过根据模2算法添加第一中间码字和第二中间码字而生成码字。模2算法可以被有效地实现。可以以可接受的努力来实现可以将数据序列和信道信息彼此分开的接收机。
根据另一优选的实施例，提供一种用于从无线网络的无线电信道同时接收数据序列和用于链路自适应的信道信息的方法，该方法包括从无线电信道接收码字，使用信道解码器从码字解码所述数据序列，以及使用所述信道解码器从码字抽取信道信息，该码字包括数据序列和信道信息二者。
该方法允许解码使用符合上述的用于同时发送数据序列和信道信息的方法的单个编码器所生成的码字。具体地，该方法允许将数据序列和信道信息彼此分离。
优选地，码字可以由基于数据序列或基于数据序列和信道信息二者的代码比特组成。当对数据序列进行编码时，冗余信息被添加到数据序列。信道信息可以被添加到码字而没有向代码添加另外的冗余。该冗余信息可以用于解码信道信息，尽管码字不包括专用于代表信道信息的代码比特。
在一个实施例中，通过系统地解码码字、优选地为卷积解码码字来执行对数据序列的解码和信道信息的抽取。
为了重新生成信道信息的比特，在一个实施例中，该方法包括通过去凿孔(depuncture)码字来向码字中插入至少一个比特，去凿孔的码字内的所述比特的位置对应于去凿孔的码字内的信道信息的比特的位置，所述去凿孔在所述卷积解码前被执行。
替代于去凿孔，在另一个实施例中，所述解码包括根据码字确定数据序列和信道信息，该码字包括基于数据序列、使用第一代码生成的第一中间码字和基于信道信息、使用第二代码生成的第二中间码字，第二代码的每个码字不同于第一代码的任何码字，在一个实施例中，通过根据模2算法添加第一中间码字和第二中间码字，生成了将被解码的码字。
根据另一个实施例，提供一种用于通过无线网络的无线电信道同时发送数据序列和用于链路自适应的信道信息的发射机单元，发射机单元包括信道编码器，该信道编码器配置成将所述数据序列编码成通过无线电信道发送的码字，其中信道编码器配置成将信道信息包括在码字中，该码字包括数据序列和信道信息二者。优选地，该信道信息包括在码字中而不需要向由信道编码器使用的代码添加额外的冗余。例如，码字可以包括当对数据序列进行编码时生成的冗余信息。在一个实施例中，该冗余信息包括信道信息。因此，冗余信息不仅允许对数据序列的检错和/或纠错，而且也使用解码器能够对信道信息进行解码成为可能。例如，现有的仅用于对数据序列进行编码的码字可以被扩展用于对数据序列和信道信息二者进行编码而不需要向码字添加另外的比特。
优选地，发射机单元配置用于执行上述的用于同时发送数据序列和用于链路自适应的信道信息的方法之一。
仍根据另一个优选的实施例，提供一种用于从无线网络的无线电信道同时接收数据序列和用于链路自适应的信道信息的接收机单元，该接收机单元包括信道解码器，其配置用于对来自从无线电信道接收的码字的数据序列进行解码，其中信道解码器配置用于从码字抽取信道信息，该码字包括数据序列和信道信息二者。
优选地，接收机单元配置用于执行用于同时接收数据序列和用于链路自适应的信道信息的上述方法之一。
发射机单元和接收机单元彼此相关。它们可以被组合以构建用于传输数据序列和信道信息的传输线。根据一个实施例，提供包括发射机单元的无线网络的终端。根据另一个实施例，提供包括接收机单元的无线网络的基站。
附图说明
在附图中示出并且在下面详细描述本发明的优选实施例和另外的优势。
图1示出包括基站和终端的无线通信网络；
图2示出用于从终端向基站传输数据序列和信道信息的传输线的第一实施例；以及
图3示出用于传输数据序列和信道信息的传输线的第二实施例。
具体实施方式
描述和附图仅仅示出本发明的原理。因此将理解本领域技术人员将能够导出各种设置，尽管没有明确地描述或在这里示出，这些设置体现了本发明的原理并且包括在其精神和范围内。进一步，这里所描述的所有例子原则上旨在明确地用于教育的目的，以辅助读者理解本发明的原理和由发明人所贡献的概念，以促进现有技术，并且将被理解为不对此类具体描述的例子和条件的限制。此外，这些描述原理、方面和本发明的实施例的所有声明以及其特定的例子旨在包括其等同方案。
图1示出包括终端13和基站15的无线通信网络11。在示出的实施例中，网络11是LTE或LTE-高级通信系统。在LTE或LTE-高级中，终端也被称为用户设备(UE)并且基站也称为增强的节点B(eNodeB)。然而，本发明不限于LTE或LTE-高级。在另一个实施例，网络11是UMTS或WiMAX的接入网络。
基站具有第二收发器23，其包括接收机25和信道解码器27。接收机25与基站15的天线耦合并且接收机25的输出连接到信道解码器27的输入。
第一收发器17、上行链路无线电信道29以及第二收发器23是上行链路传输线31的一部分。第二收发器23具有用于通过下行链路无线电信道33向第一收发器17的接收机进行发送的发射机。为了简明，未示出第二收发器23的发射机和第一收发器17的接收机。
当操作网络11时，可以包括例如通过网络11内使用的更高协议层向收发器17传送的净荷数据的数据序列d和信道信息CI同时从终端13通过传输线31向基站15传送。为此，单个信道编码器19用于将数据序列d和信道信息CI二者编码成码字c。发射器21通过上行链路无线电信道29传送码字c。接收机25接收码字c并且向信道解码器27传送该码字。信道解码器27解码接收到的码字并且重新生成数据序列d和信道信息CI。
在LTE中，信道信息CI也被称为信道状态信息(CSI)。信道信息可以包括预编码矩阵指示符(PMI)，其可以具有2比特的大小和/或信道质量信息(CQI)，其可以具有5比特的大小。码字c可以具有大约1000到2000比特的大小。在LTE中，通过无线电帧传送码字，该无线电帧在短循环前缀情况下包括14个正交频分复用(OFDM)符号(在长循环前缀下具有12个符号)。典型地，整个码字的传输占据一个毫秒。当使用WiMAX，码字可以在具有20毫秒持续长度的帧内传输。信道信息CI可以由基站15用于通过下行链路无线电信道33的传输的链路自适应。终端13基于下行链路无线电信道33的测量的信道质量确定信道信息CI并且向基站15传送该信道信息CI。接着基站15可以例如通过根据从终端13接收的PMI选择预编码矩阵和/或通过基于从终端13接收的CQI选择调制和/或编码方案，从而适配下行链路传输。传送信道信息在这样的系统中是特别有效的，在该系统中，上行链路无线电信道29和下行链路无线电信道33的特性彼此不同，例如使用频分复用(FDD)的系统。然而，本发明并不限于FDD系统。其也可以结合使用时分复用(TDD)的系统使用。
图2示出根据第一优选实施例的传输线31的示意图。信道编码器19是传输线31的发射机单元34的一部分。信道编码器19包括卷积编码器35、其输出连接到凿孔单元37的输入。
作为传输线31的接收机单元38的一部分的信道解码器27包括去凿孔单元39和卷积解码器41。上行链路无线电信道29被设置在凿孔单元37和去凿孔单元39之间。没有示出发射机21和接收机25。在一个实施例中，发射机21是发射机单元34的一部分。在另一个实施例中，发射机单元34并不包括发射机21。在一个实施例中，接收机25是接收机单元38的一部分。在另一个实施例中，接收机单元38并不包括接收机25。
当操作传输线31时，卷积编码器35通过系统地编码数据序列d和信道信息CI二者来生成未凿孔的码字u。系统的编码得到未凿孔的码字u，其包括输入数据d、CI的每个比特的精确复制。因此，已知未凿孔的码字u的哪些比特对应于信道信息CI的比特。设计凿孔单元37的凿孔规则(箭头43)，使得凿孔单元37从未凿孔的码字u移除信道信息CI的所有比特。换句话说，标识未凿孔的码字u的将要凿孔的比特的位置的凿孔索引对应于未凿孔的码字u内的信道信息CI的比特的位置。
在由凿孔单元37进行凿孔并且通过上行链路无线电信道29进行传输后，在传输线31的接收机侧重新生成码字c。由于传输箭头，重新生成的码字c’可能不同于传输的码字c。通过使用相同的凿孔规则43，即与凿孔单元37相同的凿孔索引，去凿孔单元39将比特重新插入到码字c’。插入的比特可以具有预定义的二进制值，例如，值零或者一。由去凿孔单元39生成的重新生成的未凿孔的码字u’接着由卷积解码器41来解码。通过利用用于生成码字c的卷积码的冗余性，卷积解码器确定信道信息CI。因此，尽管信道信息CI的比特还未通过上行链路无线电信道29显式地传输，卷积解码器41可以产生估计的重新生成的数据序列d’和估计的重新生成的信道信息CI’。
在另一个实施例中，替代于卷积码，使用不同类型的凿孔码，例如，turbo码或低密度奇偶校验(LDPC)码。
图3示出传输线31的第二优选实施例的示意图。信道编码器19包括用于编码数据序列d的第一编码器45和用于编码信道信息CI的第二编码器47。第一编码器45和第二编码器47的输出连接到合并器49的相应输入。信道解码器27包括解码器单元51，用于基于接收到的码字c’来确定估计的重新生成的数据序列d’和估计的重新生成的信道信息CI’。
当操作传输线31时，第一编码器45基于数据序列d生成第一中间码字c1。第二编码器47基于信道信息CI来生成第二中间码字c2。合并器49通过合并中间码字c1和c2来生成码字c。在示出的实施例中，合并器49执行两个中间码字c1和c2的模2加。在接收机侧，通过上行链路无线电信道20传输的码字c重新生成为码字c’。解码器单元51确定重新生成的估计的数据序列d’和重新生成的估计的信道信息CI’。
在图3中示出的实施例中，第一编码器45使用第一信道代码C1以便生成第一中间代代码c1。第二编码器47使用第二信道代码C2以便生成第二中间码字c2。第一代码C1＝(n1，k1)是冗余代码，并且优选地是检错或纠错码，第一代码c1的码速率是r1＝k1/n1，其中k1是数据序列d的数据比特的数目，即，数据序列d的长度，并且n1是第一中间码字c1的长度。有效的第一中间码字c1横跨2k1空间。在线性码的情况下，第一信道代码C1的两个有效码字的模2加将产生该码C1的另一个有效的码字。为了允许在接收机侧将信道信息CI与数据序列分离，即，通过解码器单元51，第二信道代码C2不同于第一信道代码C1。
在示出的实施例中，第二信道代码C2设计成使得第二码字c2并不属于第一中间码字c1的2k1空间。第二信道代码C2＝(n2，k2)具有横跨2k2空间的第二中间码字c2。信道代码C1和C2设计成使得第二信道代码C2的每个有效码字c2对应于2n1-2k2无效第一中间码字c1之一。这些无效的码字并不属于第一代码C1。在示出的实施例中，所有的码字c1、c2、c具有相同的长度n1＝n2＝n。因此，第一代码c1必须足够的冗余以允许通过将第一中间码字c1与第二中间码字c2合并来插入信道信息CI，即必须满足条件2k2＞2n1-2k1。
第二码字c2的空间和第一码字c1的空间被分离，第二代码C2可以被考虑为在第一信道代码C1的“外部空间”中起作用。
为了确定估计的数据序列d’和估计的信道信息CI’，解码器单元51可以包括最大似然检测器，其设置用于比较两个代码C1和C2的所有可能码字假设。
优选地，第二信道代码C2设计成使得关于检错或纠错的第一信道代码C1的性能仅降级到小的扩展。为此，外部空间中的可能码字，即不属于第一代码C1的码字，可能被搜索。接着选择编码信道信息CI所需的可能码字的数目使得最大化得到的代码的汉明距离或自由距离。
总之，这里所描述的两个实施例通过经由单个信道编码器19来编码数据序列d和信道信息CI二者而允许连同数据序列传输信道信息，没有消耗额外的传输资源。通过使用用于编码数据序列d的信道码的冗余性，通过传输线31来传送信道信息CI。需要频繁的传输信道信息CI的链路自适应方案，例如闭环自适应方案像多入多出(MIMO)、预编码协作多点传输(COMP)、以及MIMO正交频分多址(MIMO-OFDMA)可以被有效地实施。可以避免时域或频域中显式地调度传输信道信息CI，减小信道信息传输的开销和延迟二者。
在附图中示出的各种单元的功能，包括标记为“处理器”的任意功能块，可以通过使用专用的硬件以及能够执行与适当的软件关联的软件的硬件来提供。当由处理器提供时，可以通过单个的专用处理器、通过单个的共享处理器、或通过多个单独的处理器(其中的一些可以被共享)来提供功能。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应该被解释为排他性地指代能够执行软件的硬件，并且在没有限制的情况下，可以隐含地包括数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机接入存储器(RAM)以及非易失性存储器。也可以包括其他的硬件、常规的/客户订制的。类似地，在附图中所示出的任意开关仅仅是概念上的。它们的功能也可以通过程序逻辑的操作、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑的交互、或通过手动来执行。随着从上下文更为具体的理解，特定的技术可以由实现者选择。
本领域技术人员将理解这里的任意框图代表了体现本发明的原理的示意性电路系统的概念示图。类似地，将理解到任意的流程图、流程框图、状态转换图、伪代码和类似等代表各种处理，这些各种处理基本上可以在计算机可读介质中被表示并且由计算机或处理器如何地运行，无论这样的计算机或处理器是否被明确地示出。
本领域技术人员将容易理解上述方法的各种步骤可以由编程的计算机来执行。这里，一些实施例旨在覆盖程序存储装置，例如，数字数据存储介质，其是机器或计算机可读的并且编码指令的机器可执行或计算机可执行程序，其中所述指令执行所述上述方法的一些或所有的步骤。程序存储装置可以例如是数字存储器、磁存储器介质例如磁盘和磁带，硬驱动器或光可读数字数据存储介质。实施例也旨在覆盖编程成执行上述方法的所述步骤的计算机。

Claims (15)

1.一种用于通过无线网络的无线电信道(29)同时发送数据序列(d)和用于链路自适应的信道信息(CI)的方法，所述方法包括使用信道编码器(19)将所述数据序列编码成码字(c)，通过无线电信道发送(21)所述码字，其中所述方法进一步包括使用所述信道编码器(19)将所述信道信息(CI)包括在所述码字(c)中，所述码字(c)包括所述数据序列(d)和所述信道信息(CI)二者。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述码字(c)包括基于所述数据序列(d)或基于所述数据序列(d)和所述信道信息(CI)二者的代码比特。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述信道编码器(19)包括系统编码器，优选地是系统卷积编码器(35)，并且所述编码包括通过系统地对所述数据序列(d)和所述信道信息(CI)进行编码来生成所述码字(u)。
4.根据权利要求3所述的方法，所述编码包括对生成的码字(u)的与信道信息(CI)的比特相对应的至少一个比特进行凿孔(37)。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述编码包括使用第一代码(C1)、基于所述数据序列(d)来生成第一中间码字(c1)和使用第二代码(C2)、基于所述信道信息(CI)来生成第二中间码字(c2)，所述第二代码(C2)的每个码字(c2)不同于所述第一代码(C1)的任意码字(c1)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述编码包括通过根据模2算法添加(49)第一中间码字(c1)和第二中间码字(c2)而生成所述码字(c)。
7.一种用于从无线网络(11)的无线电信道(29)同时接收数据序列(d)和用于链路自适应的信道信息(CI)的方法，所述方法包括从所述无线电信道(29)接收(25)码字(c)，使用信道解码器(27)从码字(c)解码所述数据序列(d)，其中所述方法进一步包括使用所述信道解码器(29)从所述码字(c)抽取所述信道信息(CI)，所述码字(c)包括所述数据序列(d)和所述信道信息(CI)二者。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述码字(c)包括基于数据序列(d)或基于数据序列(d)和信道信息(CI)二者的代码比特。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中通过系统地解码码字(c)、优选地为系统卷积解码(41)所述码字(c)来执行对所述数据序列的解码和所述信道信息的抽取。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述方法包括通过去凿孔(39)码字(c’)来向码字(c’)中插入至少一个比特，去凿孔的码字(u’)内的所述比特的位置对应于去凿孔的码字(u’)内的信道信息(CI)的比特的位置，所述去凿孔(39)在所述卷积解码(41)前被执行。
11.根据权利要求7或8所述的方法，其中所述解码包括根据码字(c’)确定所述数据序列(d)和所述信道信息(CI)，所述码字(c’)包括基于所述数据序列(d)、使用第一代码(C1)生成的第一中间码字(c1)以及基于所述信道信息(CI)、使用第二代码(C2)生成的第二中间码字(c2)，所述第二代码(C2)的每个码字(c2)不同于所述第一代码(C1)的任何码字(c1)。
12.一种用于通过无线网络(11)的无线电信道(29)同时发送数据序列(d)和用于链路自适应的信道信息(CI)的发射机单元(34)，所述发射机单元(34)包括信道编码器(19)，所述信道编码器(19)配置成将所述数据序列(d)编码成将通过所述无线电信道(29)发送的码字(c)，其中所述信道编码器(19)配置成将所述信道信息(CI)包括在所述码字(c)中，所述码字(c)包括所述数据序列(d)和所述信道信息(CI)二者。
13.根据权利要求12所述的发射机单元(34)，其中所述发射机单元(34)配置用于执行根据权利要求1到6之一所述的方法。
14.一种用于从无线网络(11)的无线电信道(29)同时接收数据序列(d)和用于链路自适应的信道信息(CI)的接收机单元(38)，所述接收机单元(38)包括信道解码器(27)，其配置用于对来自从无线电信道(29)接收的码字(c’)的所述数据序列(d)进行解码，其中所述信道解码器(27)配置用于从所述码字(c)抽取所述信道信息(CI)，所述码字(c)包括所述数据序列(d)和所述信道信息(CI)二者。
15.根据权利要求14所述的接收机单元(38)，其中所述接收机单元(38)配置用于执行根据权利要求7到11之一所述的方法。
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