CN107408975A - 数字中继器系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于中继RF信号的数字中继器系统,可以包括用于接收RF输入信号的接收部,该RF输入信号包括具有与电信网络的通信信道相关联的至少一个子频带的频带。接收部可以将RF输入信号数字化以获得数字信号。滤波器设备包括具有对数字信号进行滤波的通带的数字滤波器。数字滤波器可以通过设置滤波器系数来配置。增益控制设备可以设置数字信号的至少一部分的增益。发送部能够发送RF输出信号并且可以将数字信号转换成RF输出信号以进行发送。控制单元可以基于增益控制设备的增益设置来配置数字滤波器的滤波器系数。
Description
对相关申请的交叉引用
本发明要求于2015年3月27日提交的标题为“Digital Repeater System”的欧洲专利申请号EP15161404.7的优先权,该申请全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开一般而言涉及用于中继RF信号的数字中继器系统并涉及用于控制数字中继器系统的方法。
背景技术
中继器系统可以服务于例如完整的3GPP频带的宽频带。频带通常包含携带根据不同通信技术和标准(诸如GSM、UMTS、LTE等)的信息的多个载波。
中继器系统可以用在火车上,以在火车内提供网络覆盖。高速火车应用可以给出极具挑战性的RF环境。不同地形的复杂性与各种网络的快速变化的户外信号水平相结合使得运营商难以向客户提供他们在从城市旅行到城市或到另一个国家时所需求的覆盖和服务。为了提高火车上无线信号的可靠性,形为分布式天线系统(DAS)的中继器系统可以是节约成本的。DAS可以例如安装在火车内并且用来放大信号,以补偿由火车造成的衰减(例如,由于高速火车上的金属化窗户减少信号穿入到火车车厢中,这会导致斑点覆盖(spottycoverage)和通话掉线)。
从火车外部的基站的宏小区可获得的信号强度会随着火车移动而变化。在一些具有良好网络覆盖的区域内,火车内部的信号会被基站的原始源信号强烈地重叠(overlay)。火车车厢内的移动站会同时接收直接路径上的来自火车外部的基站的信号和经由安装在火车上的DAS的间接路径上的信号。如果经由不同路径接收到的信号之间的延迟超过一定限度,那么这种多路径传播会造成连接掉线或者会减小数据吞吐量。
例如,在LTE网络中,延迟扩展(delay spread)可以受到循环前缀(CP)的时间限制。如果不同信号路径之间的延迟大于所使用的CP,那么存在通话掉线或者数据吞吐量减小的风险。
减少连接掉线的风险的解决方案是增加CP。然而,这带来数据吞吐量减小的固有缺陷。
发明内容
在一个示例中,数字中继器系统可以中继RF信号。数字中继器系统包括接收部、滤波器设备、增益控制设备、发送部及控制单元。接收部可以被配置为用于接收RF输入信号,该RF输入信号包括具有与电信网络的至少一个通信信道相关联的至少一个子频带的至少一个频带。接收部可以被配置为将RF输入信号数字化以获得数字信号。滤波器设备包括具有通带的至少一个数字滤波器,用于对数字信号进行数字滤波。数字滤波器可通过设置滤波器系数进行配置。增益控制设备可配置为设置数字信号的至少一部分的增益。发送部被配置为用于发送RF输出信号并用于将数字信号转换成RF输出信号用于发送。控制单元适于基于增益控制设备的增益设置来配置至少一个数字滤波器的滤波器系数。
在另一个示例中,提供了一种方法,该方法包括:
由数字中继器系统的接收部接收RF输入信号,该RF输入信号包括包含与电信网络的至少一个通信信道相关联的至少一个子频带的至少一个频带,接收部将RF输入信号进行数字化以形成数字信号;
由包括至少一个数字滤波器的滤波器设备对数字信号进行数字滤波,该至少一个数字滤波器具有用于对数字信号进行滤波的通带,其中该至少一个数字滤波器是通过设置滤波器系数来配置的;
由设置数字信号的增益的增益控制设备来控制数字信号的增益;
基于由控制单元设置的增益控制设备的增益来配置至少一个数字滤波器的滤波器系数;以及
由数字中继器系统的至少一个发送部将数字信号转换成RF输出信号并发送RF输出信号。
附图说明
图1示出了根据一方面的包括连接到多个远程单元的主机单元的数字中继器系统的示意图。
图2示出了根据一方面的主机单元和远程单元中的用于下行链路方向上RF信号的数字处理的功能处理块的示意图。
图3示出了根据一方面的中继器系统的示意图。
图4示出了根据一方面的在基站和火车上的移动站之间的通信中的中继器系统的示意图。
图5示出了根据一方面的数字滤波器的频率响应。
图6示出了根据一方面的用于控制数字滤波器的滤波器系数的过程的流程图。
具体实施方式
某些方面和特征涉及用于中继RF信号的数字中继器系统。数字中继器系统包括用于接收RF输入信号的接收部。RF输入信号包括具有与电信网络的至少一个通信信道相关联的至少一个子频带的至少一个频带。接收部可以将RF输入信号数字化以获得数字信号。数字中继器系统还包括具有用于对数字信号进行数字滤波的至少一个数字滤波器的滤波器设备。数字滤波器可以具有用于对数字信号进行滤波的通带。数字滤波器可通过设置滤波器系数进行配置。增益控制设备可以控制数字信号的增益。增益控制设备可以被配置为设置数字信号的至少一部分的增益。数字中继器系统还包括用于发送RF输出信号的至少一个发送部。发送部可以将数字信号转换成RF输出信号用于发送。
根据一些示例的数字中继器系统可以在使用中继器系统时减小火车环境内通话掉线的风险,同时能够获得高数据吞吐量。
控制单元可以被用来取决于增益控制设备的增益设置来配置数字滤波器的滤波器系数。在中继器系统内观察到的群延时可以取决于在中继器系统内使用数字滤波器的滤波器系数。通过配置数字中继器系统内的数字滤波器的滤波器系数,可以调整群延时,使得基站和移动站之间通过中继器系统的信号路径与直接信号路径的延迟不超过预定义的限制(该预定义的限制诸如在LTE网络中为循环前缀)。
一般而言,如果中继器系统使用高增益设置并且对于由中继器系统处理的整个频带或者子频带提供大的增益,那么处理包含在该频带中的单独子频带的数字滤波器会具有大的陡峭度——例如,通带和带外区域之间的过渡是陡峭的以造成对带外信号的强烈且尖锐的抑制(rejection)。这可以避免超过由预定义的增益限制所允许地放大通带外的不想要的信号。
如果使用低增益设置,那么通带外的预定义增益限制被超过的风险会很小。定义滤波器的通带的频率响应可以具有减小的陡峭度——例如,通带和相邻的带外区域之间的过渡会不那么。
如果滤波器具有减小的陡峭度,那么例如当使用FIR滤波器时,它可以通过使用较少的滤波器系数来实现。当仅使用少量的滤波器系数时,中继器系统的滤波器内的处理会快,从而造成群延时减小并且使得在基站和移动站之间通过中继器系统的信号路径与直接信号路径之间的延迟减小。
通过优化滤波器系数,特别是通过优化用于定义数字滤波器的滤波器系数的数量,可以优化群延时,这可以依赖于增益设置。
对于高增益设置,可以使用更大数量的滤波器系数以使滤波器呈现大的陡峭度。如果一个或多个基站的外部网络覆盖弱并且电信网络的接收信号被放大以在火车内提供覆盖,那么这种高增益设置可能是合适的。在这种场景中,由移动站在火车内接收的信号可以主要来自中继器系统,使得经由中继器系统提供的信号可以相对于从基站直接接收的信号占主导地位。
如果由基站提供的网络覆盖良好,那么中继器系统可以使用较低增益设置并且可以通过使用较少的滤波器系数来使用具有减小的陡峭度的滤波器,从而造成较小的群延时。在这种情况下,在火车内接收的信号可以主要直接来自基站,其中直接接收的信号与来自中继器系统的信号之间的群延时小,以减少掉线连接的风险。
控制单元可以被配置为通过设置数字滤波器的滤波器系数来调整一个或多个数字滤波器的通带的陡峭度或宽度。具体而言,当使用具有大陡峭度的通带的数字滤波器时,可以使用相对大量的滤波器系数。反过来,如果使用具有减小的陡峭度(例如,通带和带外区域之间不那么尖锐的过渡)的通带的数字滤波器,那么可以使用较少的滤波器系数,从而造成较小的群延时。
数字滤波器可以是FIR(有限冲激响应)滤波器。然而,也可以使用其它类型的滤波器。
可以通过增益设置的改变来触发调整滤波器系数。可以基于区域中的网络覆盖来触发增益设置的改变。可以通过测量来自基站的接收(例如参考)信号来确定区域中的网络覆盖。可替代地,可以通过使用从定位系统(例如GPS信号)获得的位置信息、利用在特定区域中提供好或坏的网络覆盖的知识来确定网络覆盖。
在一个实施例中,数字中继器系统包括主机单元和连接到主机单元的一个或多个远程单元。主机单元可以例如位于火车上的中心位置处,而远程单元分布在火车的不同车厢以提供火车内的覆盖。主机单元和远程单元二者都可以包括接收部和发送部。在下行链路方向上,主机单元的接收部可以经由空中接口接收来自一个或多个通信网络的一个或多个基站的RF信号、处理该RF信号,并将其提供给不同远程单元的发送部用于经由远程单元转播。在上行链路方向上,远程单元的接收部可以接收来自火车内部的RF信号,并且在处理之后将RF信号提供给主机单元的发送部,用于朝外部通信网络发送。
在示例中,接收部和发送部的功能也可以分布在主机单元和远程单元以及位于主机单元和远程单元之间的一个或多个中间单元上。例如,在上行链路方向上,可以在一个或多个远程单元处接收RF信号,并且可以将该RF信号转发到位于主机单元附近的中间单元。在中间单元中,从远程单元接收的信号可以被处理、聚合并提供给主机单元用于发送到外部网络。在这个示例中,数字滤波器可以位于中间单元中,使得接收侧的大部分处理在中间单元中实施。
根据一些示例的数字中继器系统可以提供分布式覆盖解决方案,使得包括具有与各种无线电技术(诸如3GPP频带中GSM、UMTS、LTE信号等)相关联的各种子频带的频带的RF信号可以经由主机单元被分发到多个远程单元,以提供阻塞区域(obstructed area)中的覆盖。远程单元可以经由光纤的网络或经由空中接口或另一种RF连接手段连接到主机单元。
图1在示意图中示出了数字中继器系统1,该系统是具有主机单元10和多个远程单元11的分布式天线系统(DAS)。主机单元10可以位于火车4上的中心位置处,并且与天线100相关联或包括天线100,主机单元10可以使用空中接口经由天线100在通信上耦合到一个或多个通信网络的一个或多个基站3。远程单元11位于火车4的不同车厢40内并且用来遍布火车4的不同车厢40提供覆盖。
然而,中继器系统1可以在不同的环境中(诸如在建筑物中或建筑物上)使用。在这种情况下,主机单元10可以位于建筑物外部并且可以与建筑物内部的远程单元11通信。
与图1的示例形成对比,在其中主机单元和(单个)远程单元集成到一个组合单元中的单独中继器系统可以替代地安装在火车4的不同车厢40上。在这种情况下,中继器系统可以被实现为安装在车厢上的集成单元,而不是如图1的示例中的分布式系统。
远程单元11经由传输介质12(例如光纤的网络)连接到主机单元10,并且可以与主机单元10通信连接。每个远程单元11包括天线110,远程单元11例如经由天线110连接到火车4的车厢40中的用户的移动设备5。
在下行链路方向D上,经由主机单元10处的天线100接收RF输入信号RFIN,在主机单元10内处理该RF输入信号RFIN以便经由传输介质12将其传输到不同的远程单元11,并且在进一步处理之后,经由天线110被发送作为RF输出信号RFOUT。RF输出信号RFOUT可以由火车4的车厢40中的移动设备5接收。
反之亦然,在上行链路方向U上,在远程单元11的天线110处接收到的RF信号经由传输介质12被馈送到主机单元10,并且经由天线100被转播到外部通信网络的基站3的天线30。
如图2中从功能上示出的,数字中继器系统1可以执行对RF信号的数字处理。图2绘出主机单元10和经由传输介质12连接到主机单元10的远程单元11的功能实体,这些功能实体用于在下行链路方向D上处理RF输入信号RFIN以便转播(retransmission)。
在图2的实施例中,主机单元10包括用于处理由天线100接收的RF输入信号RFIN的接收部20。具体而言,接收部20包括形为带通滤波器的RF滤波器201,用于滤出要被处理和传输的频带用于转播。来自RF滤波器201的RF输入信号RFIN可以被馈送到低噪声放大器202和下变频器203以将RF信号下变频成中频带。随后,该信号被馈送到模数转换器204以将RF信号数字化,从而获得中频数字信号IFIN。
可替代地,RF信号可以替代地被下变频成基带IQ信号(例如,零IF)。
数字信号IFIN被馈送到数字信号处理单元(例如,DSP、FPGA、ASIC等)205,并在数字信号处理单元205中进行数字处理。
在数字信号处理之后,经处理的信号经由传输介质12被传输到远程单元11的发送部21的数字信号处理单元206,信号在信号处理单元206中被进一步处理,从而获得在中频范围中的数字信号IFOUT。该数字信号IFOUT被数模转换器207转换成模拟RF信号、被上变频器208上变频、被功率放大器209功率放大、被形为带通滤波器的RF滤波器210滤波,并经由远程单元11的天线110发送作为RF输出信号RFOUT。
替代单个数模转换器,可替代地,可以使用用于I/Q信号路径的两个数模转换器以及使用调制器的上变频。
在上行链路方向U上,RF输入信号由远程单元11的接收部20接收并处理,并且经由主机单元10的发送部21进一步处理并发送。
如图3所示,在数字信号处理器单元205、206内,可以发生数字滤波。在数字信号处理器单元205、206内,包含在由中继器系统1处理的频带中的子频带可以彼此隔离,并且可以由数字滤波器2111-211N、2121-212N分开处理。数字滤波器2111-211N、2121-212N中的每个数字滤波器可以包括与通信网络的通信信道的载波相关联的通带。数字滤波器2111-211N、2121-212N在其带宽、其中心频率及其通带特性方面可以由控制单元214编程。
而且,增益控制可能发生在增益控制设备2131-213N中,使得数字滤波器2111-211N、2121-212N的各个通带的增益可以由控制单元214设置。这种增益控制设备2131-213N也可以集成在数字滤波器2111-211N、2121-212N中。
图4示出了火车环境中的中继器的示例。火车4的车厢40内的移动设备5可以(例如,经由信号路径B)直接从基站3接收信号,并且同时可以经由安装在火车4上的中继器系统1(例如,经由信号路径A)接收信号。信号可以在车厢40内重叠,并且如果不同信号路径A、B之间的延迟太大(例如大于在LTE连接中使用的循环前缀),那么存在连接掉线或者数据吞吐量减小的风险。
数字滤波器2111-211N、2121-212N(图3)中的每一个具有如图5所示的通带PB,其中在数字滤波器2111-211N、2121-212N之间中心频率和带宽可以变化。在通带PB内,信号通过,并且具有由相关联的增益控制设备2131-213N设置的预定义增益G。在通带PB之外(带外区域OB),信号可以被尽可能地抑制,并且不会被放大超过由预定义的增益限制G2、G3、G4所确定的那样(其中增益限制G1适用于通带PB),其中增益限制G1-G4可以取决于网络(例如,FCC、3GPP、ETSI等)。
例如,如果数字滤波器由FIR滤波器实现,那么数字滤波器2111-211N、2121-212N的频率响应内的通带PB的特性可以由滤波器系数确定。可以由所使用的滤波器系数的数量来确定陡峭度(例如通带PB和带外区域OB之间的过渡)。为了在通带PB和带外区域OB之间实现尖锐的过渡,一般可以使用大量的滤波器系数,而使用较少滤波器系数会导致减小的陡峭度。一般而言,陡峭度可以被选择,使得不超过增益限制G1、G2、G3、G4。
一般而言,大量滤波器系数的使用增加了由中继器系统1造成的群延时。如果使用较少的滤波器系数来定义数字滤波器2111-211N、2121-212N,那么由数字滤波器引起的群延时减小。优化滤波器系数可以优化由中继器系统1造成的群延时。
对于图5中所示的数字滤波器2111-211N、2121-212N的频率响应,如果减小增益设置,那么可以减小对通带PB的陡峭度的要求,因为不太可能超出增益限制G1-G4。例如,如果在图5中通带PB内的增益设置减小40dB(一个分度等于10dB),那么可以大大减小通带PB的陡峭度而没有超过增益限制G1、G2、G3、G4中任何一个的风险。
可以通过取决于增益设置来设置滤波器系数从而优化由中继器系统1引起的延迟。可以基于不同的标准来选择增益设置。
如果在火车4通过的区域中发现良好的网络覆盖,并且直接从基站3接收(图4中的信号路径B)的信号强到足以在火车4内提供覆盖,那么中继器系统1的增益可以大大减小,以允许使用较少的滤波器系数并改善由中继器系统1引起的延迟,使得大大减小通话掉线的风险。
相反,如果区域中的网络覆盖差,那么由火车4的车厢40内的移动设备5接收的信号会很大程度上被经由中继器系统1(信号路径A)接收的信号主导。高增益设置连同与通信信道相关联的数字滤波器2111-211N、2121-212N的尖锐通带PB可以用于中继器系统1。因为移动设备5可能主要经由中继器系统1接收信号,而几乎不能接收直接来自基站3的任何信号,所以通话掉线的风险会低。
可以通过测量从基站3接收的参考信号(或相似类型的信号)来确定网络覆盖是好还是差。或者可以由定位系统(例如GPS)来确定目前火车4位于哪个区域中,如果对于一个区域已知该区域中的网络覆盖范围是好还是坏,那么在该区域中可以相应地设置增益。
以下是其中可以触发对新增益设置的要求的实例示例:
·根据由于用户设置而得到的可变增益限制的最大化增益调节。
·根据由于隔离测量而得到的增益限制的最大化增益调节(例如,DAS的增益要低于施主(donor)和发送天线之间的隔离)。
·根据具体GPS位置的增益变化(例如,增益设置和GPS位置可以在某种查找表中预定义)。
·根据任何种类的输入信号的增益变化。
·根据基于预定义的阈值(例如,超过阈值)的RSSI(接收信号强度指示器)测量的增益变化。
·根据RSSI测量的一般增益变化(例如,即时运行)。
在图6中示出用于优化滤波器系数的过程的示例的流程图。如果在方框S1中取决于例如在区域中提供的网络覆盖发现需要新的增益设置,那么在方框S2中设置新的系统增益。如果代替地发现不需要新的增益设置,那么在方框S4中继续正常操作。
如果在方框S2中应用新的系统增益,那么在方框S3中调整滤波器系数,使得获得根据该增益设置的可能的最低群延时。例如,可以使用可能的最低数量的滤波器系数,使得除图5所示的通带PB之外的增益限制G2-G4不被超过。这可以根据定义除通带PB之外的增益限制值G2-G4的查找表来发生,然后可以将查找表用来确定滤波器系数。
在附加方面,中继器系统1可以为整个频带提供基本放大(增益),其中用于这种放大的增益设置与网络覆盖无关。如果要为与子频带的特定通信信道相关联的信号提供附加的增益,那么可以附加地设置用于这个子频带的增益,使得该信号被附加地(超出基本放大地)放大。
附加的放大可以由与特定通信信道相关联的如图3中所示的增益控制设备2131-213N的增益设置造成。取决于增益控制设备2131-213N的增益设置,可以以上述方式优化处理信号的数字滤波器2111-211N、2121-212N的滤波器系数,使得信号的群延时被优化。
在任何情况下,中继器系统1都可以提供应用于整个频带并且是宽带的基本放大(与作用在单独通信信道上的窄带放大形成对比)。取决于网络覆盖,可以如上所述地优化单独通信信道的窄带放大,并且用于特定通信信道的滤波器系数可以基于用于该通信信道的增益设置来优化。
已经给出某些示例(包括所示的示例)的前述描述,这仅仅是为了说明和描述的目的,而不旨在是详尽的或者要将本公开限制到所公开的精确形式。在不背离本公开的范围的情况下,许多修改、适应及其使用对于本领域技术人员来说将是清晰的。
Claims (20)
1.一种用于中继RF信号的数字中继器系统,所述数字中继器系统包括:
接收部,被配置为用于接收RF输入信号,所述RF输入信号包括具有与电信网络的至少一个通信信道相关联的至少一个子频带的至少一个频带,所述接收部被配置为将所述RF输入信号数字化以获得数字信号;
滤波器设备,包括至少一个数字滤波器,所述至少一个数字滤波器具有用于对所述数字信号进行数字滤波的通带,所述至少一个数字滤波器能够通过设置滤波器系数来配置;
增益控制设备,能够被配置为设置所述数字信号的至少一部分的增益;
至少一个发送部,被配置为用于发送RF输出信号以及用于将所述数字信号转换成所述RF输出信号以进行发送;以及
控制单元,适于基于所述增益控制设备的增益设置来配置所述至少一个数字滤波器的滤波器系数。
2.如权利要求1所述的数字中继器系统,其中,所述通带的陡峭度或宽度能够通过设置所述滤波器系数来调整。
3.如权利要求1所述的数字中继器系统,其中所述至少一个数字滤波器是FIR滤波器。
4.如权利要求1所述的数字中继器系统,其中,所述至少一个数字滤波器包括:
高阶的第一数字滤波器,能够被配置为用于高增益设置,以及
低阶的第二数字滤波器,具有低于所述高阶的阶数,并且能够配置用于低于所述高增益设置的低增益设置。
5.如权利要求4所述的数字中继器系统,其中,用于所述高阶的滤波器系数的数量大于用于所述低阶的滤波器系数的数量。
6.如权利要求1所述的数字中继器系统,其中,所述增益是基于区域中的网络覆盖来设置的。
7.如权利要求1所述的数字中继器系统,其中,所述滤波器系数能够基于所述增益设置的变化而调整。
8.如权利要求1所述的数字中继器系统,其中,所述滤波器系数能够被调整以使群延时最小化。
9.如权利要求1所述的数字中继器系统,其中,网络覆盖是根据以下项来确定的:
从基站接收的信号;或者
经由GPS信号获得的位置信息。
10.如权利要求1所述的数字中继器系统,还包括:
主机单元;以及
至少一个远程单元,所述至少一个远程单元能够相对于所述主机单元远程定位,所述至少一个远程单元被配置为经由传输介质在通信上耦合到所述主机单元。
11.一种方法,包括:
由数字中继器系统的接收部接收RF输入信号,所述RF输入信号包括包含与电信网络的至少一个通信信道相关联的至少一个子频带的至少一个频带,所述接收部将所述RF输入信号数字化以形成数字信号;
由包括至少一个数字滤波器的滤波器设备对所述数字信号进行数字滤波,所述至少一个数字滤波器具有用于对所述数字信号进行滤波的通带,其中,所述至少一个数字滤波器通过设置滤波器系数来配置;
由设置所述数字信号的增益的增益控制设备来控制所述数字信号的增益;
基于由控制单元设置的所述增益控制设备的增益来配置所述至少一个数字滤波器的滤波器系数;以及
由所述数字中继器系统的至少一个发送部将所述数字信号转换成RF输出信号并发送所述RF输出信号。
12.如权利要求11所述的方法,其中配置所述滤波器系数包括调整所述通带的陡峭度或宽度。
13.如权利要求11所述的方法,其中所述至少一个数字滤波器是FIR滤波器。
14.如权利要求11所述的方法,其中所述至少一个数字滤波器包括:
高阶的第一数字滤波器,其具有高增益设置;以及
低阶的第二数字滤波器,其具有低于所述高阶的阶数以及低于所述高增益设置的低增益设置。
15.如权利要求14所述的方法,其中用于所述高阶的滤波器系数的数量大于用于所述低阶的滤波器系数的数量。
16.如权利要求11所述的方法,其中基于区域中的网络覆盖来设置所述增益。
17.如权利要求11所述的方法,其中基于增益设置的变化来调整所述滤波器系数。
18.如权利要求11所述的方法,其中调整所述滤波器系数以使群延时最小化。
19.如权利要求11所述的方法,还包括根据以下项确定网络覆盖:
从基站接收的信号;或者
经由GPS信号获得的位置信息。
20.如权利要求11所述的方法,其中所述数字中继器系统包括:
主机单元;以及
至少一个远程单元,所述至少一个远程单元定位在火车的车厢中并相对于所述主机单元远程定位,所述至少一个远程单元经由传输介质在通信上耦合到所述主机单元。
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