CN108183874B - 准正交空时编码检测方法、系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种准正交空时编码检测方法、系统，属于通信技术领域。本发明的准正交空时编码检测方法，包括如下步骤：获取信道所传输的第一信道信息，以得到接收端的第一接收信号矩阵；根据预先选取的准正交空时编码，对第一接收信号矩阵进行处理，以得到第一等效信道矩阵；获取第一等效信道矩阵的特征值，以得到预处理矩阵；再次获取信道所传输的第二信道信息，以得到接收端的第二接收信号矩阵；根据预先选取的准正交空时编码，以及预处理矩阵，对第二接收信号矩阵进行处理，得到对角阵的第二等效信道矩阵，以降低检测算法的计算复杂度。

Description

准正交空时编码检测方法、系统

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种准正交空时编码检测方法、系统。

背景技术

空时编码(Space-time Coding，STC)是MIMO(Multiple-Input Multiple-Output；多输入多输出系统)系统中的核心技术之一，作为一种新型的信道编码技术，STC将编码、调制、发送分集、接收分集有机地结合起来，可以充分有效地增加系统容量；且相对于非编码系统，空时编码可以获得很高的编码增益和分集增益，全面地改善了多径衰落信道的传输性能。其中，MIMO是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线进行传送和接收，从而改善通信质量。

空时分组码是空时编码中的一类，依据编码矩阵是否完全正交，空时分组码可分为OSTBC(Orthogonal Space-Time Block Coding，正交空时分组码)和Q-OSTBC(Quasi-Orthogonal Space-Time Block Coding，准正交空时分组码)。在现有技术中，常用正交空时分组码对信道所传输的信道信息进行处理，但是发明人发现，当发射端天线数目大于2时，正交空时分组码所能够达到的最高符号传输速率仅仅只有0.75，按照该传输速率传输的符号所形成的编码很容易发生频谱扩展，也即由该编码所组成的矩阵并不是对角阵，故在根据迫零检测算法、最小均方误差检测算法对该非对角阵进行计算，以得到转换矩阵后，该转换矩阵也是非对角阵；故当系统根据该非对角阵的转换矩阵进行译码时，非对角阵的转换矩阵降低了译码的误码性能；同时，在根据迫零检测算法、最小均方误差检测算法对该非对角阵进行计算时，增加了检测算法的计算复杂度。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种检测算法的计算复杂度低的准正交空时编码检测方法、系统。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种准正交空时编码检测方法，包括如下步骤：

获取信道所传输的第一信道信息，以得到接收端的第一接收信号矩阵；

根据预先选取的准正交空时编码，对所述第一接收信号矩阵进行处理，以得到第一等效信道矩阵；

对所述第一等效信道矩阵作特征值分解，以得到所述预处理矩阵；

再次获取信道所传输的第二信道信息，以得到接收端的第二接收信号矩阵；

根据预先选取的准正交空时编码，以及所述预处理矩阵，对所述第二接收信号矩阵进行处理，得到对角阵的第二等效信道矩阵，以降低检测算法的计算复杂度。

优选的是，所述根据预先选取的准正交空时编码，对所述第一接收信号矩阵进行处理，以得到第一等效信道矩阵的步骤具体包括：

根据预先选取的准正交空时编码，对所述第一接收信号矩阵中的部分参数进行共轭处理，并对共轭处理后的第一接收信号矩阵进行匹配滤波处理，以得到第一等效信道矩阵。

优选的是，所述根据预先选取的准正交空时编码，以及所述预处理矩阵，对所述第二接收信号矩阵进行处理，得到对角阵的第二等效信道矩阵，以降低检测算法的计算复杂度的步骤具体包括：

根据预先选取的准正交空时编码，对所述第二接收信号矩阵中的部分参数进行共轭处理，并对共轭处理后的第二接收信号矩阵进行匹配滤波处理，以得到匹配滤波处理会后的第二接收信号矩阵；

对所述匹配滤波处理后的第二接收信号矩阵左乘所述预处理矩阵的共轭，得到对角阵的第二等效信道矩阵；

根据预设的迫零检测算法或最小均方误差检测算法，对所述第二等效信道矩阵进行计算，得到对角阵的转换矩阵，以降低检测算法的计算复杂度。

优选的是，在所述再次获取信道所传输的第二信道信息，以得到接收端的第二接收信号矩阵的步骤前，还包括：

将发射端的比特信息发送至调制器中进行星座映射，以将所述比特信息映射为符号矢量；

对所述符号矢量左乘所述预处理矩阵，并根据预先选取的准正交空时编码，对处理后的符号矢量进行准正交空时编码，以得到第二发送编码矩阵；

将所述第二发送编码矩阵中所包含的信息分别由发射端中的多条天线进行发射，以进入信道传输。

优选的是，所述准正交空时编码包括：Jafarkhani准正交空时编码、Sharma-Papadias准正交空时编码、Tirkkonen-Boariu-Hottinen准正交空时编码、Papadias-Foschini准正交空时编码中的任意一种。

优选的是，所述星座映射的模式包括：BPSK星座调制模式、QPSK星座调制模式、16QAM星座调制模式中的任意一种。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种准正交空时编码检测系统，包括：

第一获取单元，用于获取信道所传输的第一信道信息，以得到接收端的第一接收信号矩阵；

第一处理单元，用于根据预先选取的准正交空时编码，对所述第一获取单元所得到的第一接收信号矩阵进行处理，以得到第一等效信道矩阵；

预处理矩阵获取单元，用于对所述第一等效信道矩阵作特征值分解，以得到所述预处理矩阵；

第二获取单元，用于再次获取信道所传输的第二信道信息，以得到接收端的第二接收信号矩阵；

第二处理单元，用于根据预先选取的准正交空时编码，以及所述预处理矩阵，对所述第二接收信号矩阵进行处理，得到对角阵的第二等效信道矩阵，以降低检测算法的计算复杂度。

优选的是，所述第一处理单元包括：

共轭处理模块，用于根据预先选取的准正交空时编码，对所述第一接收信号矩阵中的部分参数进行共轭处理，以得到共轭处理后的第一接收信号矩阵；

匹配滤波处理模块，用于对所述共轭处理模块处理后的第一接收信号矩阵进行匹配滤波处理，以得到第一等效信道矩阵。

优选的是，所述第二处理单元包括：

处理模块，用于根据预先选取的准正交空时编码，对所述第二接收信号矩阵中的部分参数进行共轭处理，并对共轭处理后的第二接收信号矩阵进行匹配滤波处理，以得到匹配滤波处理后的第二接收信号矩阵；

第一计算模块，用于对所述匹配滤波处理会后的第二接收信号矩阵左乘所述预处理矩阵的共轭，得到对角阵的第二等效信道矩阵；

第二计算模块，用于根据预设的迫零检测算法或最小均方误差检测算法，对所述第二等效信道矩阵进行计算，得到对角阵的转换矩阵，以降低检测算法的计算复杂度。

优选的是，所述准正交空时编码检测系统还包括：

映射单元，用于将发射端的比特信息发送至调制器中进行星座映射，以将所述比特信息映射为符号矢量；

准正交空时编码单元，用于对所述符号矢量左乘所述预处理矩阵，并根据预先选取的准正交空时编码，对处理后的符号矢量进行准正交空时编码，以得到第二发送编码矩阵；

发射单元，用于将所述第二发送编码矩阵中所包含的信息分别由发射端中的多条天线进行发射，以进入信道传输。

本发明具有如下有益效果：

由于采用本发明所提供的准正交空时编码检测方法对信道所传输的信息进行接收处理后，得到的等效信道矩阵均为对角阵，故在根据预设的迫零检测算法或最小均方误差检测算法，对等效信道矩阵进行变换、计算，以得到对角阵的转换矩阵的计算过程是十分简单的，即降低了检测算法的计算复杂度；进一步地，当准正交空时编码检测系统根据该对角阵的转换矩阵进行译码时，转换矩阵中除去对角线上的元素，其余元素全为零，也即该转换矩阵所包含的信道信息全部都在其对角线上，因此，较现有技术中的非对角阵的转换矩阵而言，该准正交空时编码检测系统能够充分利用转换矩阵对角线上的元素，从而提高了该系统对信道状态信息的利用率，进而提升了该系统的误码性能。

附图说明

图1为本发明的实施例1的准正交空时编码检测方法的流程图；

图2为本发明的实施例2的准正交空时编码检测系统的示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供一种准正交空时编码检测方法，其主要是对信道所传输的信道信息进行接收处理，以获取预处理矩阵，并根据该预处理矩阵，对再次从信道中所获取的信道信息进行接收处理、检测计算，以得到一个为对角阵的转换矩阵，从而降低检测算法的计算复杂度。以下对本实施例中的准正交空时编码检测方法进行具体说明，该方法具体包括如下步骤：

S101、获取信道所传输的第一信道信息，以得到接收端的第一接收信号矩阵。

具体的，在本实施例中以准正交空时编码检测系统(简称检测系统)为执行主体，此时可以通过检测系统获取信道所传输的第一信道信息，以得到MIMO系统的接收端的第一接收信号矩阵。

S102、根据预先选取的准正交空时编码，对第一接收信号矩阵进行处理，以得到第一等效信道矩阵。

具体的，根据预先选取的准正交空时编码，检测系统先对步骤S101中所得到的第一接收信号矩阵中的部分参数进行共轭处理，再对共轭处理后的第一接收信号矩阵进行匹配滤波处理，以得到第一等效信道矩阵。其中，准正交空时编码包括：Jafarkhani准正交空时编码、Sharma-Papadias准正交空时编码、Tirkkonen-Boariu-Hottinen准正交空时编码、Papadias-Foschini准正交空时编码中的任意一种。

S103、对第一等效信道矩阵作特征值分解，以得到预处理矩阵。

具体的，检测系统对步骤S102中所得到的第一等效信道矩阵进行特征值分解，以得到预处理矩阵。

S104、再次获取信道所传输的第二信道信息，以得到接收端的第二接收信号矩阵。

具体的，检测系统将MIMO系统的发射端的比特信息发送至调制器中进行星座映射，以将比特信息映射为符号矢量；然后，对该符号矢量左乘步骤S103中所得到的预处理矩阵，并根据预先选取的准正交空时编码，对处理后的符号矢量进行准正交空时编码，以得到第二发送编码矩阵；最后，将第二发送编码矩阵中所包含的信息分别由发射端中的多条天线进行发射，以进入信道传输。进一步地，检测系统再次获取信道所传输的信息，也即获取信道所传输的第二信道信息，以得到MIMO系统的接收端的第二接收信号矩阵。

其中，星座映射的模式包括：BPSK星座调制模式、QPSK星座调制模式、16QAM星座调制模式中的任意一种。

S105、根据预先选取的准正交空时编码，以及预处理矩阵，对第二接收信号矩阵进行处理，得到对角阵的第二等效信道矩阵，以降低检测算法的计算复杂度。

具体的，检测系统先根据预先选取的准正交空时编码，对步骤S104中所得到的第二接收信号矩阵中的部分参数进行共轭处理，并对共轭处理后的第二接收信号矩阵进行匹配滤波处理，以得到匹配滤波处理会后的第二接收信号矩阵；然后，检测系统将对步骤S103中所得到的预处理矩阵进行共轭处理，并将共轭处理后的预处理矩阵乘在匹配滤波处理后的第二接收信号矩阵的左侧，得到对角阵的第二等效信道矩阵；最后，检测系统根据预设的迫零检测算法或最小均方误差检测算法，对第二等效信道矩阵进行计算，得到对角阵的转换矩阵，以降低检测算法的计算复杂度。

由此可以看出，采用本实施例所提供的准正交空时编码检测方法对信道所传输的信息进行接收处理后，得到的等效信道矩阵均为对角阵，故在根据预设的迫零检测算法或最小均方误差检测算法，对等效信道矩阵进行变换、计算，以得到对角阵的转换矩阵的计算过程是十分简单的，即降低了检测算法的计算复杂度；进一步地，当检测系统根据该对角阵的转换矩阵进行译码时，转换矩阵中除去对角线上的元素，其余元素全为零，也即该转换矩阵所包含的信道信息全部都在其对角线上，因此，较现有技术中的非对角阵的转换矩阵而言，该检测系统能够充分利用转换矩阵对角线上的元素，从而提高了检测系统对信道状态信息的利用率，进而提升了检测系统的误码性能。

为了更清楚本实施例的意图，以准正交空时编码为Jafarkhani准正交空时编码为例进行说明。

其中，假设传输信道信息的信道为准静态平坦衰落信道，即接收端可以准确地获取信道所传输的信道信息；且发射端有4根发射天线，接收端有1根接收天线。

第一步、检测系统获取信道所传输的第一信道信息，以得到接收端的第一接收信号矩阵R＝CH+N，其中，

第一接收信号矩阵R＝[r_t]_4×1，r_t为接收天线在时刻t的接收信号；

Jafarkhani准正交空时编码矩阵C＝[s_t,i]_4×4，s_t,i为第i根发射天线在时刻t的发射信号；

信道状态矩阵H＝[h_i]_4×1，h_i为发射天线i与接收天线之间的信道衰落系数；

噪声矩阵N＝[n_t]_4×1；

因此，接收端的第一接收信号矩阵为：

第二步、根据预先选取的Jafarkhani准正交空时编码，检测系统对第一步中所得到的第一接收信号矩阵中的部分参数进行共轭处理，得到共轭处理后的第一接收信号矩阵：

第三步、检测系统对H_M取其转置的共轭得到

并将其乘到式(2)的两边，可得到经过匹配滤波处理之后的系统模型为：

令

则式(3)可以写为：

r_mf＝+₄s+n_mf (4)

其中，第一等效信道矩阵：

其中，

第四步、检测系统对第一等效信道矩阵+₄进行特征值分解+₄＝VDV^H，并代入式(4)可得

r_mf＝VDV^Hs+n_mf (6)

其中计算得到的预处理矩阵为：

第五步、在检测系统再次获取信道所传输的第二信道信息之前，检测系统先将发射端的比特信息发送至调制器中进行星座映射，以将比特信息映射为符号矢量；再对该符号矢量左乘第四步中得到的预处理矩阵V，并根据预先选取的Jafarkhani准正交空时编码，对处理后的符号矢量进行准正交空时编码，以得到第二发送编码矩阵；最后，将第二发送编码矩阵中所包含的信息分别由发射端中的多条天线进行发射，以进入信道传输，从而得到信道所传输的第二信道信息，进一步地，检测系统可得到接收端的第二接收信号矩阵。此时，重复第二步、第三步的步骤，以使检测系统对第二接收信号矩阵进行处理，得到匹配滤波处理会后的第二接收信号矩阵。

第六步、检测系统将对第四步中所得到的预处理矩阵进行共轭处理，得到预处理矩阵的共轭V^H，将V^H乘在匹配滤波处理会后的第二接收信号矩阵的左侧，得到对角阵的第二等效信道矩阵：

第七步、若检测系统选择迫零检测算法对接收端的接收信号矩阵进行准正交空时编码检测，检测系统则根据预设的迫零检测算法，对第二等效信道矩阵进行计算，得到对角阵的转换矩阵为：

进一步地，检测系统根据该对角阵的转换矩阵进行译码的过程如下：

Y_zf′＝A_zf′r_mf′ (10)

第八步、若检测系统选择最小均方误差检测算法对接收端的接收信号矩阵进行准正交空时编码检测，检测系统则根据预设的最小均方误差检测算法，对第二等效信道矩阵进行计算，得到对角阵的转换矩阵为：

进一步地，检测系统根据该对角阵的转换矩阵进行译码的过程如下：

Y_mmse′＝A_mmse′r_mf′ (12)

实施例2：

如图2所示，本实施例提供一种准正交空时编码检测系统，其可采用实施例1中的准正交空时编码检测方法对信道所传输的信道信息进行接收处理、检测计算，并对检测计算后所得的对角阵的转换矩阵进行译码，以提升该系统的误码性能。该准正交空时编码检测系统包括：第一获取单元、第一处理单元、预处理矩阵获取单元、第二获取单元、第二处理单元。

具体的，第一获取单元用于获取信道所传输的第一信道信息，以得到接收端的第一接收信号矩阵；第一处理单元用于根据预先选取的准正交空时编码，对第一获取单元所得到的第一接收信号矩阵进行处理，以得到第一等效信道矩阵；预处理矩阵获取单元用于对第一等效信道矩阵作特征值分解，以得到预处理矩阵；第二获取单元用于再次获取信道所传输的第二信道信息，以得到接收端的第二接收信号矩阵；第二处理单元用于根据预先选取的准正交空时编码，以及预处理矩阵，对第二接收信号矩阵进行处理，得到对角阵的第二等效信道矩阵，以降低检测算法的计算复杂度。

其中，第一处理单元包括：共轭处理模块、匹配滤波处理模块；具体的，共轭处理模块用于根据预先选取的准正交空时编码，对第一接收信号矩阵中的部分参数进行共轭处理，以得到共轭处理后的第一接收信号矩阵；匹配滤波处理模块用于对共轭处理模块处理后的第一接收信号矩阵进行匹配滤波处理，以得到第一等效信道矩阵。

其中，第二处理单元包括：处理模块、第一计算模块、第二计算模块；具体的，处理模块用于根据预先选取的准正交空时编码，对第二接收信号矩阵中的部分参数进行共轭处理，并对共轭处理后的第二接收信号矩阵进行匹配滤波处理，以得到匹配滤波处理后的第二接收信号矩阵；第一计算模块用于对匹配滤波处理会后的第二接收信号矩阵左乘预处理矩阵的共轭，得到对角阵的第二等效信道矩阵；第二计算模块用于根据预设的迫零检测算法或最小均方误差检测算法，对第二等效信道矩阵进行计算，得到对角阵的转换矩阵，以降低检测算法的计算复杂度。

优选的，本实施例的准正交空时编码检测系统还包括：映射单元、准正交空时编码单元、发射单元。具体的，映射单元用于将发射端的比特信息发送至调制器中进行星座映射，以将比特信息映射为符号矢量；准正交空时编码单元用于对符号矢量左乘预处理矩阵，并根据预先选取的准正交空时编码，对处理后的符号矢量进行准正交空时编码，以得到第二发送编码矩阵；发射单元用于将第二发送编码矩阵中所包含的信息分别由发射端中的多条天线进行发射，以进入信道传输。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种准正交空时编码检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取信道所传输的第一信道信息，以得到接收端的第一接收信号矩阵；

根据预先选取的准正交空时编码，对所述第一接收信号矩阵进行处理，以得到第一等效信道矩阵；

对所述第一等效信道矩阵作特征值分解，以得到预处理矩阵；

再次获取信道所传输的第二信道信息，以得到接收端的第二接收信号矩阵；

根据预先选取的准正交空时编码，以及所述预处理矩阵，对所述第二接收信号矩阵进行处理，得到对角阵的第二等效信道矩阵，以降低检测算法的计算复杂度；

所述根据预先选取的准正交空时编码，对所述第一接收信号矩阵进行处理，以得到第一等效信道矩阵的步骤具体包括：

根据预先选取的准正交空时编码，对所述第一接收信号矩阵中的部分参数进行共轭处理，并对共轭处理后的第一接收信号矩阵进行匹配滤波处理，以得到第一等效信道矩阵；

所述根据预先选取的准正交空时编码，以及所述预处理矩阵，对所述第二接收信号矩阵进行处理，得到对角阵的第二等效信道矩阵的步骤具体包括：

根据预先选取的准正交空时编码，对所述第二接收信号矩阵中的部分参数进行共轭处理，并对共轭处理后的第二接收信号矩阵进行匹配滤波处理，以得到匹配滤波处理会后的第二接收信号矩阵；

对所述匹配滤波处理后的第二接收信号矩阵左乘所述预处理矩阵的共轭，得到对角阵的第二等效信道矩阵。

2.根据权利要求1所述的准正交空时编码检测方法，其特征在于，所述以降低检测算法的计算复杂度的步骤具体包括：

根据预设的迫零检测算法或最小均方误差检测算法，对所述第二等效信道矩阵进行计算，得到对角阵的转换矩阵，以降低检测算法的计算复杂度。

3.根据权利要求1所述的准正交空时编码检测方法，其特征在于，在所述再次获取信道所传输的第二信道信息，以得到接收端的第二接收信号矩阵的步骤前，还包括：

将发射端的比特信息发送至调制器中进行星座映射，以将所述比特信息映射为符号矢量；

对所述符号矢量左乘所述预处理矩阵，并根据预先选取的准正交空时编码，对处理后的符号矢量进行准正交空时编码，以得到第二发送编码矩阵；

将所述第二发送编码矩阵中所包含的信息分别由发射端中的多条天线进行发射，以进入信道传输。

4.根据权利要求1所述的准正交空时编码检测方法，其特征在于，所述准正交空时编码包括：Jafarkhani准正交空时编码、Sharma-Papadias准正交空时编码、Tirkkonen-Boariu-Hottinen准正交空时编码、Papadias-Foschini准正交空时编码中的任意一种。

5.根据权利要求3所述的准正交空时编码检测方法，其特征在于，所述星座映射的模式包括：BPSK星座调制模式、QPSK星座调制模式、16QAM星座调制模式中的任意一种。

6.一种准正交空时编码检测系统，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于获取信道所传输的第一信道信息，以得到接收端的第一接收信号矩阵；

第一处理单元，用于根据预先选取的准正交空时编码，对所述第一获取单元所得到的第一接收信号矩阵进行处理，以得到第一等效信道矩阵；

预处理矩阵获取单元，用于对所述第一等效信道矩阵作特征值分解，以得到所述预处理矩阵；

第二获取单元，用于再次获取信道所传输的第二信道信息，以得到接收端的第二接收信号矩阵；

第二处理单元，用于根据预先选取的准正交空时编码，以及所述预处理矩阵，对所述第二接收信号矩阵进行处理，得到对角阵的第二等效信道矩阵，以降低检测算法的计算复杂度；

所述第一处理单元包括：

共轭处理模块，用于根据预先选取的准正交空时编码，对所述第一接收信号矩阵中的部分参数进行共轭处理，以得到共轭处理后的第一接收信号矩阵；

匹配滤波处理模块，用于对所述共轭处理模块处理后的第一接收信号矩阵进行匹配滤波处理，以得到第一等效信道矩阵；

所述第二处理单元包括：

处理模块，用于根据预先选取的准正交空时编码，对所述第二接收信号矩阵中的部分参数进行共轭处理，并对共轭处理后的第二接收信号矩阵进行匹配滤波处理，以得到匹配滤波处理后的第二接收信号矩阵；

第一计算模块，用于对所述匹配滤波处理会后的第二接收信号矩阵左乘所述预处理矩阵的共轭，得到对角阵的第二等效信道矩阵。

7.根据权利要求6所述的准正交空时编码检测系统，其特征在于，所述第二处理单元包括：

第二计算模块，用于根据预设的迫零检测算法或最小均方误差检测算法，对所述第二等效信道矩阵进行计算，得到对角阵的转换矩阵，以降低检测算法的计算复杂度。

8.根据权利要求6所述的准正交空时编码检测系统，其特征在于，所述准正交空时编码检测系统还包括：

映射单元，用于将发射端的比特信息发送至调制器中进行星座映射，以将所述比特信息映射为符号矢量；

准正交空时编码单元，用于对所述符号矢量左乘所述预处理矩阵，并根据预先选取的准正交空时编码，对处理后的符号矢量进行准正交空时编码，以得到第二发送编码矩阵；

发射单元，用于将所述第二发送编码矩阵中所包含的信息分别由发射端中的多条天线进行发射，以进入信道传输。

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