CN103516485A - 基于多天线的信号接收抗干扰处理方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种基于多天线的信号接收抗干扰处理方法和装置。该方法包括：接收混合信号，混合信号包括来自对端发射天线的有用信号以及来自本地发射天线的第一干扰信号；接受来自本地发射天线的第二干扰信号；调整第二干扰信号的相位和幅度，使第二信号与第一干扰信号的相位和幅度相同；将混合信号和经过调整的第二干扰信号相减，获得有用信号。本发明实施例可以通过调整本地参考天线的幅度和相位，再通过干扰对消处理，使本地接受天线保留通信对端发射天的有用信号。进而可以实现有用的干扰抵消性能，同时，不影响基于发射天线预编码的与通信对端接收端的空分多址技术。

Description

基于多天线的信号接收抗干扰处理方法和装置

技术领域

本发明实施例涉及无线通信领域技术，尤其涉及一种基于多天线的信号接收抗干扰处理方法和装置。

背景技术

在运营商的移动网络中，基站(Basestation，BS)与其覆盖范围内的多个用户终端(User Equipment，UE)的通信是双向的。其中，基站向用户终端发送信号的过程叫做下行通信，终端向基站发送信号的过程叫做上行通信。全双工技术是在相同时频资源上实现上下行的同时传输，它的频谱效率是单工和半双工的两倍。本地发射天线距离本地接收天线很近，所以本地接收天线在接受通信对端发射天线的有用信号同时，也接收本地发射天线发射的信号，然而本地发射信号的功率很大，这个很强的自干扰必须在模拟前端就进行操作，否则会造成模拟前端阻塞，产生超出接收放大器的线性范围或使得接收信号小于模数转换器的量化精度的情况。

目前基于天线的干扰删除的方法有基于向量空间的干扰避免方法。该基于向量空间的干扰避免是在本地接收天线(阵列)处预编码一个干扰信号，使干扰信号空间与接收信号空间互为零空间(null space)。同时这个干扰避免方法要求本地接收天线的数目不小于本地发射天线的数目与通信对端发射天线数目之和，例如假设接收天线数目为2M，本地和通信对端的发射天线数目都是M。因此在本地接收天线的数目大于或等于本地发射天线的数目与通信对端的发射天线数目之和时，对本地发射天线的信道预编码矩阵为P_1，1，本地发射天线到本地接收天线的信道矩阵为H_1，1，那么根据零空间映射的性质，本地发射的预编码矩阵为P_1，1，满足条件：H_1，1P_1，1＝0。

但是，在实现本发明实施例的过程中，发明人发现现有技术中基于向量空间的干扰避免虽然可以通过对发射天线的预编码，实现对接收天线的干扰抑制。但是，在多入多出(Multiple-Input-Multiple-Output，MIMO)系统中，发射天线的预编码用于针对通信对端(一个或多个用户)的接收端的空分多址(如MU-MIMO等)，如果再经历一次干扰避免的预编码会导致信号的改变，因此使用这种方法会导致无法使用针对通信对端的接收端的空分多址技术。

发明内容

本发明实施例提供一种基于多天线的信号接收抗干扰处理方法和装置，可以抵消掉本地接收天线所接收的来自本地发射天线的强干扰信号。

本发明实施例一方面，提供一种基于多天线的信号接收抗干扰处理方法，包括：

接收混合信号，混合信号包括来自对端发射天线的有用信号以及来自本地发射天线的第一干扰信号；

接收来自本地发射天线的第二干扰信号；

调整第二干扰信号的相位和幅度，使第二信号与第一干扰信号的相位和幅度相同；

将混合信号和经过调整的第二干扰信号相减，获得有用信号。

本发明实施例另一方面，提供一种基于多天线的信号接收抗干扰处理装置，包括：

本地接收天线，用于接收混合信号；

本地参考接收天线，用于接收来自本地发射天线的第二干扰信号，混合信号包括来自对端发射天线的有用信号以及来自本地发射天线的第一干扰信号；

第一模块，用于调整第二干扰信号的相位和幅度，使第二信号与第一干扰信号的相位和幅度相同；

第二模块，用于将混合信号和经过调整的第二干扰信号相减，获得有用信号。

本发明上述实施例中，将本地参考天线所接收的信号经过信道校正后，再通过干扰对消处理，可以一定程度的抵消掉本地接收天线所接收的来自本地发射天线的强干扰信号，而保留来自通信对端发射天线的有用信号。进而可以实现有用的干扰抵消性能，同时，不影响基于发射天线预编码的与通信对端接收端的空分多址技术。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于多天线的信号接收抗干扰处理方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种基于多天线的信号接收抗干扰处理方法的工作原理示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种基于多天线的信号接收抗干扰处理方法的系统模型示意图；

图4为本发明实施例提供的一种基于多天线的信号接收抗干扰处理装置的示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种基于多天线的信号接收抗干扰处理装置的示意图。

具体实施方式

目前对接收天线的自干扰信号的删除方法包括模拟干扰删除方法、数字干扰删除方法和基于天线的干扰删除方法。

模拟干扰删除方法是将发射通道形成的模拟信号在通过线圈等器件耦合回本地接收模块的模拟前端之前，通过将模拟干扰删除方法减去接收天线收到的本地自干扰信号。为了获得较好的模拟删除的效果，要求估计本地发射天线到接收天线的信道系数和延迟，因为从发射前端耦合到的模拟信号需要经过一定的衰减器和延迟器，使得信号有一定的衰减和时间延迟。

数字干扰删除方法是上述模拟干扰删除方法的补充，即在模拟干扰删除已经抵消了强干扰的情况下，将接收信号通过模拟至数字转换器后，再通过数字滤波器进一步的删除自干扰信号。纯数字域干扰删除方法比较适合处理线性干扰，然而对放大器造成的非线性干扰效果并不理想。

基于天线的干扰删除又包括天线空间干扰抵消。天线空间干扰抵消最简单的模型是根据一个收发信机上设置的两根发射天线和一根接收天线，通过在两根发射天线上发射相同的发射信号，调节这两根发射天线到接收天线的距离差为半个波长，这样两根发射天线的发射的信号到达接收天线处的相位差为π，因此可以将本地发射信号反相抵消。本方法需要对两根发射天线的幅度进行调正，并保证两路发射信号到达接收天线出的幅度相等。然而，天线干扰删除只适用于窄带信号，并且对收到的两路发射信号幅度和相位较为敏感，而幅度和相位的调整在实际中又不能与计算结果完全一致。

本发明实施例是利用参考天线接收来自本地发射天线的干扰信号，通过信道校正，调整本地参考天线接收来自本地发射天线的强干扰信号幅度和相位，使之与本地接收天线所接收的来自本地发射天线的强干扰信号幅度和相位尽可能的相同，再通过抵消本地接收天线所接收的本地发射天线的干扰信号的处理，保留来自通信对端发射天线的有用信号。由于抵消干扰不需要进行发射天线的预编码处理，因此不影响与通信对端接收端的空分多址技术，同时，由于参考天线与接收天线经历了相同的信号接收通道(实际中通常可保证较好的通道一致性)，因此避免了复杂的精度不高的时延估计问题，可以实现干扰抵消性能。

图1为本发明实施例提供的一种基于多天线的信号接收抗干扰处理方法的流程图。图2为本发明实施例提供的一种基于多天线的信号接收抗干扰处理方法的工作原理示意图。如图1和图2所示，该基于多天线的信号接收抗干扰处理方法包括：

步骤11、接收混合信号，混合信号包括来自对端发射天线的有用信号以及来自本地发射天线的第一干扰信号。

本实施例中本地天线和对端天线之间的信号传输方式是全双工方式，一个全双工的通信端包括3组天线，即本地发射天线1、本地接收天线2和本地参考接收天线3。本地接收天线2接收混合信号，具体而言，本地接收天线2接收来自通信对端发射天线4的有用信号，同时，本地接收天线2通过近场耦合接收本地发射天线1发射的第一干扰信号，然而本地接收天线2所接收的本地发射天线1的第一干扰信号强度远远高于所接收的通信对端发射天线4的有用信号，因此第一干扰信号可以认为是强干扰信号。

步骤12、接收来自本地发射天线的第二干扰信号。

具体讲，本地参考接收天线3接收来自通信对端发射天线的有用信号的同时，本地参考接收天线3也在接收本地发射天线发射1的第二干扰信号。然而，本地参考接收天线3接收通信对端发射天线4的有用信号远远小于接收本地发射天线发射1的第二干扰信号。例如：以目前的宏基站的路损模型为例，L＝128.1+37.6log10(R)，R单位为km，距离宏基站200m的终端到宏基站的路损为102dB，而同一收发信机的发射天线到接收天线之间的路损一般为40dB。宏基站发射功率典型为43dBmw，而终端的发射功率小于30dBmw，因此，基站的自干扰都会比上行的接收信号强75dB。所以目前的全双工技术研究主要集中在如何进行自干扰删除。

步骤13、调整第二干扰信号的相位和幅度，使第二信号与第一干扰信号的相位和幅度相同。

本实施例中，首先将本地参考接收天线3接收的信号通过幅度与相位校正网络5，调整本地参考接收天线3所接收的来自本地发射天线1的第二干扰信号的相位和幅度，使调整后的第二干扰信号尽可能与本地接收天线2所接收的来自本地发射天线1的第一干扰信号幅度和相位相同。

步骤14、将混合信号和经过调整的第二干扰信号相减，获得有用信号。

本地接收天线2接收的混合信号包括有用信号和第一干扰信号，其中本地接收天线2接收来自通信对端发射天线4的信号为有用信号，本地接收天线2通过近场耦合接收本地发射天线1发射的信号为第一干扰信号。将本地接收天线2接收的混合信号和经过调整的第二干扰信号相减，获得有用信号。也就是说，通过上述干扰对消处理，就能抵消掉本地接收天线2所接收的来自本地发射天线1的第一干扰信号，而保留来自通信对端发射天线4的有用信号。

可选的，上述实施例步骤13中，调整第二干扰信号的相位和幅度包括：

根据公式

对第二干扰信号y_refy_ref与J_r和

相乘，以对第二干扰信号的相位和幅度进行调整，其中，J_r为本地接收天线2与本地发射天线1之间的信道矩阵，

为本地参考接收天线3与本地发射天线1之间的信道矩阵的广义逆矩阵。也就说，通过调整本地参考接收天线3所接收的来自本地发射天线1的强干扰信号的相位和幅度，使之尽可能的与本地接收天线2所接收的来自本地发射天线1的强干扰信号幅度和相位相同。

在以上技术方案的基础上，可选的，在步骤14将混合信号和经过调整的第二干扰信号相减，具体而言，根据公式

获得本地接收天线接收到的来自对端发射天线的有用信号y；其中，y_r为本地接收天线的接收信号向量，y_ref为本地参考接收天线的接收信号向量，J_r为本地接收天线与本地发射天线之间的信道矩阵，

为本地参考接收天线与本地发射天线之间的信道矩阵的广义逆矩阵。

由此可见，本实施例提供的基于多天线的信号接收抗干扰处理方法，利用本地参考接收天线与本地发射天线之间的信道矩阵的广义逆矩阵，调整本地参考接收天线接收来自本地发射天线的强干扰信号的幅度和相位，使本地参考接收天线与本地接收天线所接收的来自本地发射天线的强干扰信号幅度和相位尽可能的相同。这样，通过干扰对消处理，就能抵消掉本地接收天线所接收的来自本地发射天线的强干扰信号，而保留来自通信对端发射天线的有用信号。进而可以实现有用的干扰抵消性能，同时，不影响基于发射天线预编码的与通信对端接收端的空分多址技术。

图3为本发明实施例提供的另一种基于多天线的信号接收抗干扰处理方法的系统模型示意图。如图3所示，基于多天线的信号接收抗干扰处理方法包括：

根据公式

获得本地接收天线2接收到的来自对端发射天线4的有用信号y；其中，s(t)为对端发射天线4的发射信号向量，H_r(t)为本地接收天线2与对端发射天线4之间的信道矩阵，J_r为本地接收天线2与本地发射天线1之间的信道矩阵，

为本地参考接收天线3与本地发射天线1之间的信道矩阵的广义逆矩阵，H_ref(t)为本地参考接收天线3与对端发射天线4之间的信道矩阵，

表示矩阵卷积。

具体地讲，本地发射天线1与本地接收天线2和本地参考接收天线3之间为近场空间耦合，由于距离很近可以忽略多径效应，因此为非频率选择性的MIMO信道，分别用矩阵J_r和J_ref表示；通信对端发射天线4与本地接收天线2和本地参考接收天线3之间为因多径效应，为频率选择性的MIMO信道，分别用矩阵H_r(t)和H_ref(t)表示。若本地发射天线1的发射信号向量为x(t)，通信对端发射天线4的发射信号向量为s(t)，则本地接收天线2接收的信号y_r包括所接受的通信对端发射天线4的信号

和所接收的本地发射天线1的信号J_r·x(t)，其中，符号

表示矩阵卷积，用公式(1)表示，本地参考接收天线3接收的信号y_ref包括所接受的通信对端发射天线4的信号

和所接收的本地发射天线1的信号J_ref·x(t)，用公式(2)表示：

$\left\{\begin{array}{c}{y}_r=H_r\left(t\right)\⊗s\left(t\right)+J_r\·x\left(t\right)\\ \end{array}\right.---\left(1\right)$

$y_{\mathrm{ref}}=H_{\mathrm{ref}}\left(t\right)\⊗s\left(t\right)+J_{\mathrm{ref}}\·x\left(t\right)---\left(2\right)$

本实施例是对参考接收天线3的信号进行相位和幅度的调整，使调整后的参考接收天线3所接收的来自本地发射天线1的信号

的相位和幅度与本地接收天线2所接收的来自本地发射天线1的信号幅度和相位经可能相同，于是由式(2)乘以

得到式(3)：

$\hat{x}\left(t\right)=J_{\mathrm{ref}}^{+}{J}_{\mathrm{ref}}x\left(t\right)=J_{\mathrm{ref}}^{+}\·[y_{\mathrm{ref}}-H_{\mathrm{ref}}\left(t\right)\⊗s\left(t\right)]---\left(3\right)$

其中

为J_ref的广义逆矩阵，当本地参考接收天线数与本地发射天线数相同时，广义逆矩阵

即为普通的逆矩阵

当本地参考接收天线数等于或大于本地发射天线数时，

即为x(t)的估计值，因此，可用

代替x(t)代入式(1)中即得：

$y_r=[H_r\left(t\right)-J_r{J}_{\mathrm{ref}}^{+}{H}_{\mathrm{ref}}\left(t\right)]\⊗s\left(t\right)+J_r{J}_{\mathrm{ref}}^{+}{y}_{\mathrm{ref}}---\left(4\right)$

由式(4)可知，本地接收天线2接收的信号y_r包括两个部分，第一部分是与通信对端发射天线的发射信号向量s(t)有关，第二部分与通信对端发射天线的发射信号向量s(t)无关，因此，本实施例估计第二部分可能与本地发射天线的发射向量有关，因此将本地接收天线2接收的信号y_r与第二部分

相减，得到本地接收天线接收的有用信号y：

因为H_r(t)和H_ref(t)是不相关的远场MIMO信道，因此经过干扰对消后的有用信号分量不会被抵消，上式中经干扰对消后的等效MIMO信道为

可选的，基于多天线的信号接收抗干扰处理方法中还包括：

若本地接收天线与对端发射天线之间，以及本地参考接收天线与本地发射天线之间的也具有噪声，则根据公式 $y=[H_r\left(t\right)-J_r{J}_{\mathrm{ref}}^{+}{H}_{\mathrm{ref}}\left(t\right)]\⊗s\left(t\right)+[n_r\left(t\right)-J_r{J}_{\mathrm{ref}}^{+}{n}_{\mathrm{ref}}\left(t\right)]$ 获得本地接收天线接收到的来自对端发射天线的有用信号y；其中，n_r(t)为本地接收天线与对端发射天线之间的噪声向量，n_ref(t)为本地参考接收天线与本地发射天线之间的噪声向量。

在考虑噪声n_r(t)和n_ref(t)的情况下，将上述实施例中的式(1)和式(2)加入噪声，得到式(11)和式(12)：

$\left\{\begin{array}{c}{y}_r=H_r\left(t\right)\⊗s\left(t\right)+J_r\·x\left(t\right)+n_r\left(t\right)\\ \end{array}\right.---\left(11\right)$

$y_{\mathrm{ref}}=H_{\mathrm{ref}}\left(t\right)\⊗s\left(t\right)+J_{\mathrm{ref}}\·x\left(t\right)+n_{\mathrm{ref}}\left(t\right)---\left(12\right)$

对参考接收天线3的信号进行相位和幅度的调整，使调整后的参考接收天线3所接收的来自本地发射天线1的信号

的相位和幅度与本地接收天线2所接收的来自本地发射天线1的信号幅度和相位经可能相同，则可由式(12)得到：

$\hat{x}\left(t\right)=J_{\mathrm{ref}}^{+}{J}_{\mathrm{ref}}x\left(t\right)=J_{\mathrm{ref}}^{+}\·[y_{\mathrm{ref}}-H_{\mathrm{ref}}\left(t\right)\⊗s\left(t\right)-n_{\mathrm{ref}}\left(t\right)]---\left(13\right)$

其中当本地参考天线数与本地发射天线数相同时，广义逆矩阵

即为普通的逆矩阵

当本地参考接收天线数等于或大于本地发射天线数时，

即为x(t)的估计值，因此，可用代替x(t)代入式(11)中即得式(14)：

由式(14)可知，本地接收天线2接收的信号y_r包括三个个部分，第一部分是与通信对端发射天线的发射信号向量s(t)有关，第二部分与噪声有关，本实施例估计第三部分可能与本地发射天线1的发射信号有关。因此，将本地接收天线2接收的信号y_r与第三部分相减，得到本地接收天线接收的有用信号y：

因为H_r(t)和H_ref(t)是不相关的远场MIMO信道，因此经过干扰对消后的有用信号分量不会被抵消，上式中经干扰对消后的等效MIMO信道为

由此可见，本实施例提供的基于多天线的信号接收抗干扰处理方法，根据公式

获得本地接收天线2接收到的来自对端发射天线4的有用信号y，可以抵消掉本地接收天线所接收的来自本地发射天线的强干扰信号，而保留来自通信对端发射天线的有用信号。进而可以实现干扰抵消性能，同时，不影响基于发射天线预编码的与通信对端接收端的空分多址技术。

另外，与图1所示的实施例对应的，本发明实施例还提供了对应的基于多天线的信号接收抗干扰处理装置，图4为本发明实施例提供的一种基于多天线的信号接收抗干扰处理装置的示意图。如图4所示，基于多天线的信号接收抗干扰处理装置包括本地接收天线11、本地参考接收天线12、第一模块2和第二模块3。

其中，本地接受天线11用于接收混合信号，以及本地参考接收天线12用于接收来自所述本地发射天线的第二干扰信号，混合信号包括来自对端发射天线的有用信号以及来自本地发射天线的第一干扰信号；第一模块2用于调整第二干扰信号的相位和幅度，使第二信号与第一干扰信号的相位和幅度相同；第二模块用于将混合信号和经过调整的第二干扰信号相减，获得有用信号。

上述实施例的装置中，第一模块具体用于：

根据公式

对第二干扰信号y_ref与J_r和

相乘，以对二干扰信号的相位和幅度进行调整，其中，J_r为本地接收天线11与本地发射天线之间的信道矩阵，为本地参考接收天线12与本地发射天线之间的信道矩阵的广义逆矩阵。

第二模块具体用于：

获得本地接收天线接收到的来自对端发射天线的有用信号y，可以根据公式

其中，y_r为本地接收天线的接收信号向量，y_ref为本地参考接收天线12的接收信号向量，J_r为本地接收天线与本地发射天线之间的信道矩阵，

为本地参考接收天线12与本地发射天线之间的信道矩阵的广义逆矩阵。

具体详见上述实施例方法的说明，在此不再重复说明。

与图3所示的实施例对应的，本发明实施例还提供了对应的基于多天线的信号接收抗干扰处理装置，图5为本发明实施例提供的另一种基于多天线的信号接收抗干扰处理装置的示意图。如图5所示，基于多天线的信号接收抗干扰处理装置包括：第四模块4用于获取对端发射天线的发射信号向量s(t)，本地接收天线与对端发射天线之间的信道矩阵H_r(t)，本地接收天线与本地发射天线之间的信道矩阵J_r，本地参考接收天线与本地发射天线之间的信道矩阵的广义逆矩阵

以及本地参考接收天线与对端发射天线之间的信道矩阵H_ref(t)；第五模块5用于根据公式

获得本地接收天线接收到的来自对端发射天线的有用信号y；其中，

表示矩阵卷积。

上述实施例装置的第四模块4还用于获取本地接收天线与对端发射天线之间的噪声向量n_r(t)，本地参考接收天线与本地发射天线之间的噪声向量n_ref(t)；对应地，第五模块5还用于：

公式 $y=[H_r\left(t\right)-J_r{J}_{\mathrm{ref}}^{+}{H}_{\mathrm{ref}}\left(t\right)]\⊗S\left(t\right)+[n_r\left(t\right)-J_r{J}_{\mathrm{ref}}^{+}{n}_{\mathrm{ref}}\left(t\right)]$ 获得本地接收天线接收到的来自对端发射天线的有用信号y。

本发明上述实施例中，对本地参考天线所接收的信号通过幅度和相位进行调整，调整本地参考天线接收来自本地发射天线的强干扰信号，使调整后的本地参考天线接收来自本地发射天线的强干扰信号幅度和相位与本地接收天线所接收的来自本地发射天线的强干扰信号幅度和相位尽可能的相同，再通过干扰对消处理，可以一定程度的抵消掉本地接收天线所接收的来自本地发射天线的强干扰信号，而保留来自通信对端发射天线的有用信号。进而可以实现有用的干扰抵消性能，同时，不影响基于发射天线预编码的与通信对端接收端的空分多址技术。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种基于多天线的信号接收抗干扰处理方法，其特征在于，包括：

接收混合信号，所述混合信号包括来自对端发射天线的有用信号以及来自本地发射天线的第一干扰信号；

接收来自本地发射天线的第二干扰信号；

调整所述第二干扰信号的相位和幅度，使所述第二信号与所述第一干扰信号的相位和幅度相同；

将所述混合信号和经过调整的第二干扰信号相减，获得所述有用信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整所述第二干扰信号的相位和幅度包括：

根据公式

对所述第二干扰信号y_ref与J_r和

相乘，以对第二干扰信号的相位和幅度进行调整，其中，J_r为本地接收天线与本地发射天线之间的信道矩阵，

为本地参考接收天线与本地发射天线之间的信道矩阵的广义逆矩阵。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述混合信号和经过调整的第二干扰信号相减所述获得所述有用信号包括：

根据公式

获得本地接收天线接收到的来自对端发射天线的有用信号y；其中，y_r为本地接收天线的接收信号向量，y_ref为本地参考接收天线的接收信号向量。

4.一种基于多天线的信号接收抗干扰处理装置，其特征在于，包括：

本地接收天线，用于接收混合信号；

本地参考接收天线，用于接收来自所述本地发射天线的第二干扰信号，所述混合信号包括来自对端发射天线的有用信号以及来自本地发射天线的第一干扰信号；

第一模块，用于调整所述第二干扰信号的相位和幅度，使所述第二信号与所述第一干扰信号的相位和幅度相同；

第二模块，用于将所述混合信号和经过调整的第二干扰信号相减，获得所述有用信号。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一模块具体用于：

根据公式

对所述第二干扰信号y_ref与J_r和

相乘，以对二干扰信号的相位和幅度进行调整，其中，J_r为本地接收天线与本地发射天线之间的信道矩阵，

为本地参考接收天线与本地发射天线之间的信道矩阵的广义逆矩阵。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二模块具体用于：

根据公式获得本地接收天线接收到的来自对端发射天线的有用信号y；其中，y_r为本地接收天线的接收信号向量，y_ref为本地参考接收天线的接收信号向量。

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