CN110235420B - 一种用于唤醒无线电的多频带调度 - Google Patents

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Abstract

用于唤醒具有唤醒无线(WUR)电路的无线接收站的方法和系统。一种在通信信道上为多个接收站提供唤醒信号的方法，包括：生成多个波形编码符号系列，其中，所述每个系列合入到各自的唤醒无线(WUR)帧中，所述WUR帧用于各自的接收站并具有各自的预定义带宽；将各自的WUR帧组合成多频带WUR数据单元，所述多频带WUR数据单元具有的带宽大于所述WUR帧的预定义带宽之和；在通信信道上发送包括所述多频带WUR数据单元的唤醒信号。

Description

一种用于唤醒无线电的多频带调度
相关申请
本发明要求2017年4月18日递交的发明名称为“一种用于唤醒无线电的多频带调度”的第62/486，607号美国专利申请案和2018年3月22日递交的发明名称为“一种用于唤醒无线电的多频带调度”的第15/928，953号美国专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文中。
技术领域
本申请涉及用于与多个唤醒无线电设备进行通信的方法和系统。
背景技术
在无线通信中，高效利用可用功率是系统设计的主要目标之一。通常，物联网(Internet of Things，简称为IoT)等应用中的无线局域网(wireless local areanetwork，简称为WLAN)设备依赖于有限的电源(例如，由可充电或不可充电电池供电)。例如，此类设备可以包括位于远场中对一些物理现象如水位、温度或位置进行测量的传感器设备；以及对某些身体机能如脉搏率进行测量的可穿戴设备。
此类设备可用于低占空比下的操作(例如，每天仅与接入点(access point，简称为AP)通信一次)，因此可能不适用于始终开启的WLAN接收电路。如果所述WLAN接收电路未配置适当的睡眠模式和适当的唤醒机制，所述设备的有限电源(例如，电池)将会快速耗尽。所述唤醒机制可能需要在AP和设备之间传送唤醒信号。在一些应用中，使AP以高效频谱的方式同时与多台设备进行唤醒信号传送是可取的。
发明内容
第一方面，一种在通信信道上为多个接收站提供唤醒信号的方法。该方法包括生成多个波形编码符号系列，其中，每个系列合入到各自的唤醒无线电(wake-up-radio，简称为WUR)帧，该WUR帧用于各自的接收站并具有各自的预定义带宽。然后将各自的WUR帧组合成多频带WUR数据单元，其带宽大于所述WUR帧的预定义带宽之和。在通信信道上发送包括多频带WUR数据单元的唤醒信号。
可选地，在任意前述方面中，所述多频带WUR数据单元的带宽为20MHz，每个WUR帧具有5MHz或更小的带宽，并且相邻WUR帧之间具有频率保护频带。
可选地，在任意前述方面中，所述多个波形编码符号系列包括第一系列，合入到具有第一预定义带宽的第一WUR帧中；第二系列，合入到具有第二预定义带宽的第二WUR帧中；第三系列，合入到具有第三预定义带宽的第三WUR帧中。第一系列中的每个波形编码符号是通过将时域中的波形编码应用于第一OFDM波形来生成的，所述第一OFDM波形的第一预定义带宽之外的所有子载波均设为零；第二系列中的每个波形编码符号是通过将时域中的波形编码应用于第二OFDM波形来生成的，所述第二OFDM波形的第二预定义带宽之外的所有子载波均设为零；并且，第三系列中的每个波形编码符号是通过将时域中的波形编码应用于第三OFDM波形来生成的，所述第三OFDM波形的第三预定义带宽之外的所有子载波均设为零。在一些示例中，将各自的WUR帧组合成多频带WUR数据单元，包括添加第一、第二和第三WUR帧。所述方法包括对所述多频带WUR数据单元进行上变频以提供唤醒信号。
可选地，在任意前述方面中，所述第一、第二和第三OFDM波形都是经过64点IFFT生成的，且具有312.5kHz的子载波间隔：第一OFDM波形包括第一预定义带宽内的14个子载波，其中一个子载波设为零，十三个子载波为非零值；第二OFDM波形包括第二预定义带宽内的14个子载波，其中一个子载波设为零，十三个子载波为非零值；第三OFDM波形包括第三预定义带宽内的14个子载波，其中一个子载波设为零，十三个子载波为非零值。
可选地，在任意前述方面中，在第一、第二和第三OFDM波形的十三个非零子载波中，八个子载波设为正1，五个子载波设为负1。
可选地，在任意前述方面中，第一OFDM波形的第一预定义带宽包括14个子载波S14至S27，其中，中心子载波S21设为零，子载波S15、S16、S19、S22、S24、S25、S26和S27设为正1(+1)，而子载波S14、S17、S18、S20和S22分别设为负1(–1)；第二OFDM波形的第二预定义带宽包括14个子载波S–7至S6，其中，中心子载波S0设为零，子载波S–6、S–4、S–3、S–2、S–1、S1、S4和S5设为正1(+1)，而子载波S–7、S–5、S2、S3和S6分别设为负1(–1)；第三OFDM波形的第三预定义带宽包括14个子载波S–28至S–15，其中，中心子载波S–21设为零，子载波S–28、S–26、S–25、S–22、S–20、S–18、S–16和S–15设为正1(+1)，而子载波S–27、S–24、S–23、S–19和S–17分别设为负1(–1)。
可选地，在任意前述方面中，所述第一预定义带宽、第二预定义带宽和第三预定义带宽均小于4.1MHz，所述第一WUR帧和第二WUR帧之间具有2.5MHz的保护频带，所述第二WUR帧和第三WUR帧之间具有2.5MHz的保护频带。
可选地，在任意前述方面中，每个所述波形编码符号表示各自的数据位，且包括相同时长的第一和第二子符号之前的保护间隔，相应的数据位由第一和第二子符号间不同的相对能量分布表示。
可选地，在任意前述方面中，所述数据位通过断续键控进行编码以表示数据“1”和数据“0”位。数据“1”位由比第二子符号具有更高能量的第一子符号的波形编码符号表示，数据“0”位由比第二子符号具有更低能量的第一子符号的波形编码符号表示。
可选地，在任意前述方面中，所述数据位通过断续键控进行编码以表示数据“1”和数据“0”位。数据“0”位由比第二子符号具有更高能量的第一子符号的波形编码符号表示，数据“1”位由比第二子符号具有更低能量的第一子符号的波形编码符号表示。
可选地，在任意前述方面中，每个波形编码符号的保护间隔基本上具有零能量。
可选地，在任意前述方面中，每个波形编码符号的时长为4μs，每个保护间隔的时长为0.8μs，每个子符号的时长为1.6μs。
可选地，在任意前述方面中，多频带WUR数据单元附加在传统前导码符号中。
可选地，在任意前述方面中，所述方法包括向每个接收站发送通知，指示用于接收站的WUR帧的预定义带宽。
可选地，在任意前述方面中，所述方法包括在所述接收站的其中之一处接收唤醒信号，其中所述接收站对唤醒信号进行滤波，以选择性地接收用于所述接收站的WUR帧的预定义带宽。
第二方面，一种用于在通信信道上发送唤醒信号的发送器，包括：波形编码模块，用于生成包括多个WUR帧的多频带唤醒无线电(WUR)数据单元，其中所述每个WUR帧合入了用于各自接收站的一系列波形编码符号，所述每个WUR帧在所述多频带WUR数据单元的带宽内，占用各自的预定义带宽，所述WUR数据单元的带宽大于所述WUR帧的预定义带宽之和；调制器，用于将所述多频带WUR数据单元上变频到载波频率，并在通信信道上发送包括所述多频带WUR数据单元的唤醒信号。
可选地，在任意前述方面中，所述多频带WUR数据单元的带宽为20MHz，所述每个WUR帧的预定义带宽为5MHz或更小，所述波形编码模块用于包括相邻WUR帧之间的频率保护频带和所述多频带WUR数据单元的带宽的边缘频率的边缘频带。
可选地，在任意前述方面中，所述多个波形编码符号系列包括第一系列，合入到具有第一预定义带宽的第一WUR帧中；第二系列，合入到具有第二预定义带宽的第二WUR帧中；第三系列，合入到具有第三预定义带宽的第三WUR帧中。所述第一系列中的每个波形编码符号通过将时域中的波形编码应用于所述第一预定义带宽内的OFDM子载波而生成。所述第二系列中的每个波形编码符号通过将时域中的波形编码应用于所述第二预定义带宽内的OFDM子载波而生成。所述第三系列中的每个波形编码符号通过将时域中的波形编码应用于第三预定义带宽内的OFDM子载波而生成。所述波形编码模块通过添加所述第一、第二和第三WUR帧生成多频带WUR数据单元。
可选地，在任意前述方面中，所述OFDM子载波的子载波间隔为312.5kHz，其中所述第一、第二和第三预定义带宽内的OFDM子载波分别包括14个子载波，其中一个子载波设为零，十三个子载波为非零值。
可选地，在任意前述方面中，在所述第一、第二和第三OFDM波形的十三个非零子载波中，八个子载波设为正1，五个子载波设为负1。
第三方面，一种接收唤醒信号的方法，该唤醒信号包括具有多个WUR帧的多频带唤醒无线电(WUR)数据单元，其中所述每个WUR帧合入了用于各自接收站的一系列波形编码符号，所述每个WUR帧在所述多频带WUR数据单元的带宽内占用各自的预定义带宽。该方法包括：对接收到的唤醒信号进行下变频和滤波，以选择所述预定义WUR帧带宽的其中一个；对合入到占用所选的预定义WUR帧带宽的WUR帧中的波形编码符号进行解码。
可选地，在任意前述方面中，对所述波形编码符号进行解码包括：基于所述波形编码符号的子符号之间的相对能量分布确定每个波形编码符号的比特值。
可选地，在任意前述方面中，在滤波系数至少为4且小于或等于8的滤波器中执行滤波。
第四方面，一种唤醒无线电接收电路，包括：调制器，用于将接收到的唤醒信号下变频为基带信号，该基带信号包括具有多个WUR帧的多频带唤醒无线电(WUR)数据单元，其中所述每个WUR帧合入了用于各自接收站的一系列波形编码符号，所述每个WUR帧在所述多频带WUR数据单元的带宽内占用各自的预定义带宽；滤波器，用于对基带信号进行滤波，以选择所述预定义WUR帧带宽的其中一种；能量检测和判决操作，用于基于每个波形编码符号的子符号之间的相对能量分布确定合入到占用所选的预定义WUR帧带宽的WUR帧中的波形编码符号的比特值。
可选地，在任意前述方面中，所述滤波器的滤波系数至少为4且小于或等于8。
另一方面，根据第一方面的方法提供的用于接收唤醒信号的方法，包括：对唤醒信号进行滤波，以选择性地接收所述预定义WUR帧带宽的其中一种。
又一方面，一种用于在通信信道上提供唤醒信号的发送器，包括：波形编码模块，用于根据上述方法提供唤醒信号。
又一方面，根据第一方面方法提供的用于接收唤醒信号的接收站，该接收站包括滤波器，所述滤波器用于对唤醒信号进行滤波以选择性地接收用于所述接收站的WUR帧的预定义带宽。
另一方面，一种用于接收根据以上概述方面和实施例发送的唤醒信号的方法和接收器。
附图说明
现在将通过示例参考示出本申请的示例实施例的附图，其中：
图1示出了AP与具有唤醒无线电电路的示例接收站之间的通信的方框图；
图2示出了AP与具有各自的唤醒无线电电路的多个接收站之间的通信的方框图；
图3示出了用于示例唤醒无线电数据单元的多频带帧格式；
图4示出了根据示例实施例的多频带唤醒帧编码系统的方框图；
图5A示出了在图4系统中使用的示例第一子带波形的频域和时域表示；
图5B示出了在图4系统中使用的示例第二子带波形的频域和时域表示；
图5C示出了在图4系统中使用的示例第三子带波形的频域和时域表示；
图6示出了多频带唤醒帧解码唤醒接收电路的方框图。
不同附图可以使用类似参考编号来表示类似组件。
具体实施方式
用于在无线局域网(WLAN)等无线网络中操作的用户设备或接收站，例如，机器型通信设备或传感器设备。除了具有较高功率的WLAN收发电路外，所述用户设备或接收站可以具有独立的低功率唤醒无线电(WUR)电路。WUR电路通常是用于接收和检测唤醒信号的低功率接收电路，在一些示例中，其可以是主要WLAN收发电路的简化版，并且可以在集成电路(integrated circuit，简称为IC)或芯片中实现。所述WUR电路可与所述设备的WLAN收发电路或其他等效电路进行通信，因此所述WLAN收发电路可以进入睡眠模式并节省电量，直到所述WUR电路唤醒所述WLAN收发电路。当所述WUR电路检测到来自接入点AP(通常是与WLAN设备相关联的AP)的唤醒信号时，所述WUR电路唤醒所述WLAN收发电路或其他等效电路。
在这方面，图1示出了示例AP 102和与所述AP 102相关联的示例接收站104的示意图。在示例实施例中，所述接收站104是低占空比的WLAN设备或其他无线设备。所述示例接收站104包括WLAN收发电路106(例如，Wi-Fi收发器)和WUR电路108。所述AP 102包括WLAN收发电路110。在示例实施例中，所述WUR电路108为简单的低功率接收器，其不具有发送器且能够在必要时唤醒WLAN收发电路106。
图1示出了一组可以进行通信的示例性信号，以唤醒休眠状态的WLAN收发电路106。所述AP 102可以向所述接收站104发送唤醒信号152，其携带唤醒无线电(WUR)数据单元200(下面将进一步描述)。所述WUR数据单元200由所述WUR电路108进行检测，所述WUR电路108将内部唤醒信号154发送到所述WLAN接收电路106；如果所述WLAN接收电路106处于睡眠模式，所述WUR电路108则唤醒所述WLAN收发电路106。然后，所述WLAN收发电路106将ACK信号156返回给AP 102。然后，在所述AP 102和接收站104之间(通过所述WLAN收发电路106)进行适当的信息交换158。完成信息交换158后，所述WLAN收发电路106可以返回睡眠状态。
尽管图1示出了将唤醒信号152传送到与WLAN收发电路106相关联的WUR电路108，本发明所描述的流程和系统可以适用于其他电路，包括可以从唤醒机制中受益的其他无线接收电路。
在一些应用中，例如，包括IoT应用，少量的AP 102可以为密集的接收站104提供服务，因此，此处所描述的示例实施例有利于WUR信号的多频带通信，其允许单个AP102通过相同的数据单元200向多个接收站104发送唯一的WUR帧。在这方面，图2示出了唤醒信号152，其包括同时传送到三个接收站104-1、104-2、104-3的多频带WUR数据单元200，其中每个接收站包括各自的WUR电路108。
图3示出了用于多频带WUR数据单元200的示例帧格式。图3所示的各种方块的高度表示每个部分的相对带宽(BW)。在图3的示例中，所述WUR数据单元200包括加在多频带WUR单元201开头的传统前导码210。包括所述传统前导码210可以使网络内的传统设备静默，而在传统设备未预期运行的一些示例中，可省略传统前导码210。在省略传统前导码210的应用中，WUR数据单元200与多频带WUR单元201是相同的。多频带WUR单元201包括三个并发WUR帧250-1、250-2和250-3(一般也称为WUR帧250)，每个帧包括用于接收站104-1、104-2和104-3的其中一个的唯一信息。在示例实施例中，传统前导码210占用20MHz的信道带宽(CHBW)，WUR帧250-1、250-2和250-3中的每一个占用所述信道带宽CH BW中各自唯一的4.1MHz子带BW-1、BW-2和BW-3。在所示实施例中，通过保护频带GB将相邻WUR帧250-1和250-2在频率上分隔开，并且通过另一保护频带GB将相邻WUR帧250-2和250-3分隔开。此外，在所示实施例中，在WUR帧250-1的外部频率边界处设有边缘频带EB，在WUR帧250-3的外部频率边界处设有类似的边缘频带EB。
下面将进行详细解释，在示例实施例中，所述多频带WUR单元201从具有命理学参数的传统802.11正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称为OFDM)符号推导出：子载波(tone)的数量＝64；有用符号时长Tu＝3.2μs；子载波间隔SS＝312.5kHz；带宽＝20MHz。在示例实施例中，每个所述WUR帧250-1、250-2、250-3分配了十四(14)个子载波，每个保护频带GB分配了七(7)个子载波，每个边缘频带EB分配了四(4)个子载波，使得64个子载波的分配如下表所示：
表1：多频带WUR单元201中64个子载波的分配：
子载波编号 分配至 带宽
S<sub>28</sub>至S<sub>31</sub>(4种子载波) EB 1406.25kHz
S<sub>14</sub>至S<sub>27</sub>(14种子载波) WUR帧250-1(BW-1) 4062.5kHz
S<sub>7</sub>至S<sub>13</sub>(7种子载波) GB 2500kHz
S<sub>–7</sub>至S<sub>6</sub>(14种子载波) WUR帧250-2(BW-2) 4062.5kHz
S-14至S<sub>-8</sub>(7种子载波) GB 2500kHz
S<sub>-15</sub>至S<sub>-28</sub>(14种子载波) WUR帧250-3(BW-3) 4062.5kHz
S<sub>-32</sub>至S<sub>-29</sub>(4种子载波) EB 1406.26kHz
WUR帧250-1、205-2和250-3分别包括用于各接收站104-1、104-2和104-3的信息，WUR帧250-1、250-2和250-3分别可包括以下字段：WUR-参考信号字段252；WUR信号(SIG)字段254；MAC帧头262；帧体264；帧检验序列(frame check sequence，简称为FCS)266。在示例实施例中，WUR-参考信号字段252可以包括唤醒信号前导码，例如，伪噪声码(PN)序列。所述WUR信号(SIG)字段254可以包括控制信号。所述MAC帧头262可以包括接收器地址。所述MAC帧头262、帧体264和FCS 266可以统称为WUR帧250的净荷。在一些示例中，WUR帧250-1、250-2和250-3可以省略图3中标识的帧字段的其中一个或多个，和/或可以包括附加字段。
所述WUR-参考信号字段252用于分组检测和同步。在一些示例中，WUR-参考信号252可以包括短训练字段(short training field，简称为STF)，其可以由各自的接收站104-1、104-2、104-3的WUR电路108使用，以检测出所述WUR帧250与其他帧的不同之处，且允许所述WUR电路108同步至所述WUR帧250。在一些示例中，所述WUR参考信号252可以包括可以在所述WUR电路108中进行关联的序列，以便于帧同步。
在示例实施例中，每个所述接收站104-1、104-2和104-3的WUR电路108可作为简单的低功耗接收电路而得以实现，相应地，WUR帧250用于在低功率WUR电路108处进行有效且准确的解码。在这方面，时域波形编码(waveform coding，简称为WFC)用于所述WUR参考信号252之后的WUR帧250的若干部分，如图3中WFC编码部分268所示。在示例实施例中，在各自的接收站104-1、104-2和104-3的WUR电路108处使用滤波，以将各自的WUR帧205-1、250-2和205-3与所述多频带WUR单元201分隔开。一般情况下，在滤波器处加大滤波器系数(例如，抽头数量)可提高滤波的精确度，这对于多频带环境非常有益，但是也增加了滤波器的成本和复杂性。此外，模拟结果表明，在WFC信号的一些示例中，WUR电路108中滤波器所使用的抽头数量越大，符号间发生干扰的机会越大。相应地，本文所述的示例实施例可以在一些应用中提供多频带波形编码的WUR帧格式，所述WUR帧格式可以通过具有滤波系数的滤波器在WUR接收器处进行解码，其中所述滤波系数对符号间干扰(inter-symbol interference，简称为ISI)、功耗与相邻频带干扰之间的平衡点进行优化。
图4示出了采用波形编码的WUR系统的基本系统方框图。图4示出了在AP收发器110处应用的处理流程，以生成具有上述表1所示格式的多频带WUR单元201。所示的在AP收发器110处执行的每个所述处理块300、304-1、304-2、304-3、306、307和308均表示一项操作，例如，该操作可以作为一个或多个集成电路一部分的模块或元件而得以实现。
在图4的示例中，分别以二进制断续键控(on-off keying，简称为OOK)映射的源数据280-1、280-2和280-3的形式为每个所述接收站104-1、104-2和104-3提供唯一的源数据。在示例实施例中，所述源数据280-1、280-2和280-3分别包括用于编码的比特和所述WUR帧250-1、250-2和250-3中WFC编码部分268的内含物。所述AP收发器110为各自的源数据280-1、280-2和280-3实现了并行处理路径285-1、285-2和285-3。
现在将对第一处理路径285-1在处理和编码OOK映射源数据280-1并输出对应的WUR帧250-1时的操作进行详细描述。在一些示例中，源数据280-1分割为K比特组以供处理。可以通过FEC编码操作300将用于纠错和/或压缩数据(例如，将K比特编码为J比特码字)的前向纠错(forward error correction，简称为FEC)编码应用于二进制数据，但是在一些实施例中可以省略此类编码。
所述处理路径285-1包括波形源304-1，所述波形源304-1为波形编码操作306提供符号波形410-1。所述符号波形410-1具有预定义带宽(bandwidth，简称为BW)内的预定义能量配置，并具有包括预定义样本数量(N)的预定义符号时长(Tu)。正如现在所描述的，在示例实施例中，符号波形410-1是从64点IFFT生成的子载波S14至S27推导出的多载波波形。在当前所述的示例中，波形源304-1包括存储器305，所述存储器305存储先前生成的正交频分复用(OFDM)波形的时域版本，例如图5A所示的示例时域符号波形410-1。特别地，在示例实施例中，包括64点快速傅里叶反变换(inverse fast Fourier transform，简称为IFFT)操作的OFDM波形发生器301-1用于生成频域OFDM符号402-1，其中分配的占用带宽BW-1的子载波S14至S27用于提供符号波形410-1。
在图5A所示的示例性符号402-1中，14个子载波S14至S27组中的中心子载波S21为零值，该组中的其余13个子载波的分配值如下：子载波S15、S16、S19、S22、S24、S25、S26和S27设为正1(+1)；子载波S14、S17、S18、S20和S22分别设为负1(–1)。剩余子载波S-32至S-13和S28至S31分别设为0。在所示示例中，符号402-1从具有上述表1所示的命理学参数的传统802.11OFDM符号推导出：子载波的数量＝64，其中有用子载波的数量SCU＝14(包括S14至S27的子载波，其中S21为零值)；有用符号时长Tu＝3.2μs；子载波间隔SS＝312.5kHz。符号402-1的带宽BW-1为13×312.5kHz≈4.1MHz。图5A中的波形410-1表示OFDM符号402-1的时域版本。在示例实施例中，使用20MHz的标准802.11采样率生成OFDM时域波形410-1，使得OFDM波形410-1包括N＝64个样本。
如上所述，在示例实施例中，在进行WUR帧250-1处理和传输之前的配置时间里，所述OFDM符号发生器301-1执行操作以提供符号波形410-1，然后波形源304-1在AP收发器110生成WUR帧250-1时提供预存储的符号波形410-1的连续副本，从而消除对用于WUR帧250-1的每个符号波形的IFFT操作的要求。至少在一些示例实施例中，OFDM波形发生器301-1是可配置的，且可以用于生成具有与上述不同的命理学参数的符号波形，使得在必要时可以更改存储的波形。
在图4的示例中，波形编码操作306用于将从OOK源数据280-1编码的J个数据位编码到连续J个的时域符号波形410-1上。在示例实施例中，在操作306处应用的波形编码为曼彻斯特编码，其也被称为相位编码(phase encoding，简称为PE)。特别地，曼彻斯特编码是线路码型，其中每个数据位的编码为相等时间的先低后高，或先高后低方式。因此，在波形编码操作306中，波形410-1有效划分为具有相同时长(Tu/2)的两个子符号，其中每个“0”位被编码为两个子符号的集合，并且每个“1”位被编码为两个子符号的另一集合。在示例实施例中，编码如下表2所示：
表2：OOK数据位的曼彻斯特编码
OOK数据位 第一子符号SUB<sub>1</sub> 第二子符号SUB<sub>2</sub>
“1” 1(开) 0(关)
“0” 0(关) 1(开)
可以理解的是，在另一种配置中，可以针对数据位0和1颠倒本文所述的子符号顺序。
在示例实施例中，“关”子符号包括基本为空或零的能量，“开”子符号包括比“关”子符号更高的能级。在示例实施例中，“开”子符号能量匹配所述符号波形410-1的对应时长的能量，该符号波形410-1具有与“开”子符号相同的时长。波形编码操作306将PE编码应用于时域中的符号波形410-1，在这方面，图5A示出了时域中应用于OFDM符号波形410-1的编码，以生成数据“1”WFC符号520-1和数据“0”WFC符号520-0(一般称为WFC符号520)。
在示例实施例中，在每个WFC符号510的开头加上保护间隔(GI)作为波形编码操作306的一部分。在一个示例中，GI的时长为Tgi＝0.8μs(例如，有用符号时长Tu的1/4)，使得每个WFC符号520的时长为Ttot＝Tu+TGI＝4μs。在示例实施例中，通过在开头加上零能量样本来创建保护间隔GI，使得所述WFC符号520在时长Tgi内没有或具有可忽略的幅度，这可以增强有用符号时长Tu中包括的符号部分的发送器能量。特别地，每符号的发送器能量固定为由功率谱密度调节或所述发送器的功率放大器确定的设定量，因此，用于GI的能量越少，则用于非零“开”子符号部分的能量越多。
在一些示例实施例中，生成数据符号520时，波形编码操作306使用20MHz的标准802.11采样率。因此，在数据“1”的情况下，波形编码输出符号520-1具有时长Ttot＝4μs，L＝80个样本，并按以下顺序包括：时长的保护间隔Tgi＝0.8μs，其包括对应波形350的GI样本的M＝16个样本；时长Tu/2＝1.6μs的第一子符号SUB1，其包括从GI部分后的符号波形350部分复制的N/2＝32个样本；时长Tu/2＝1.6μs的第二子符号SUB2，其包括N/2＝32个样本，其中子载波能量必须为“0”。在图5A所示的示例中，除了在Tgi和Tu/2+Tgi之间的时长期间(即，0.8μs至2.4μs)，所述符号520-1具有可忽略的或零能量。
在数据“0”输出符号520-0的情况下，GI部分保持不变，颠倒子符号SUB1和SUB2的顺序，使得在数据“0”的情况下，波形编码输出符号520-0具有时长Ttot＝4μs，L＝80个样本，并按以下顺序包括：时长的保护间隔Tgi＝0.8μs，其包括对应波形350的GI样本的M＝16个样本；时长为Tu/2＝1.6μs的第一子符号SUB1，其包括N/2＝32个样本，其中子载波能量必须为“0”；时长为Tu/2＝1.6μs的第二子符号SUB2，其包括从符号波形350的最后32个样本复制的N/2＝32个样本。在图5A所示的示例中，除了在Tu/2+Tgi至Ttot之间的时长期间(即，2.4μs至4μs)，所述符号520-1具有可忽略的或零能量。
因此，在示例实施例中，在波形编码操作306的输出处将OOK源数据280-1的每个J数据位分别表示为WFC符号520。每个WFC符号520具有对应于L个样本的确定的总符号时长Ttot。每个WFC符号520包括两个组成部分，即：前导GI，其具有对应M个样本的前导保护间隔时长Tgi；有用符号部分，直接位于GI之后且具有对应N个样本的有用符号时长Tu。时长为Tu的有用符号划分为两个子符号SUB1和SUB2，其中所述每个子符号均具有对应N/2个样本的相同时长Tu/2。二进制位信息由先低后高或先高后低的两个子符号SUB1和SUB2表示。所述GI的实际信号值无实质意义，然而，如上所述，使用低能量信号或零能量信号可以增强符号的非零区域中的发送器能量。在示例实施例中，WFC符号520属于具有最小泄漏的限定BW，便于在接收站104-1的WUR电路108处使用低抽头滤波器。
可以理解的是，除了图4所示系统描述的那些之外，还可以使用方法、组件和符号命理学来生成具有上段所述特征的WFC符号520。此外，在一些示例实施例中，可以预先生成WFC符号520-0和520-1的副本并将其存储在波形源304的存储器305中，波形编码操作306基于OOK源数据280-1的OOK值选择适当的WFC符号进行输出。
因此，在示例实施例中，在波形编码操作306的输出处，每组K OOK源数据位280-1表示为形成WFC部分268-1的一系列J WFC符号520。然后在所述WFC部分268-1的开头加上WUR-REF信号252-1以完成WUR帧250-1。
处理路径285-2流程并编码OOK映射的源数据280-2，以与上述处理路径285-1相同的方式输出对应的WUR帧250-2，除了波形源304-2使用一组不同的OFDM子载波，用于如图5B所示的频域波形402-2和时域波形410-2。特别地，OFDM波形发生器301-2利用64点快速傅里叶反变换(IFFT)操作以生成频域OFDM符号402-2，其中占用带宽BW-2的所分配的子载波S-7至S6的子集用于提供符号波形410-2。在图5B所示的示例符号402-2中，14个子载波S-7至S6组中的中心子载波S0的直流为零值，该组中的其余13个子载波的分配值如下：子载波S-6、S-4、S-3、S-2、S-1、S1、S4和S5设为正1(+1)；子载波S-7、S-5、S2、S3和S6分别设为负1(–1)。其余的子载波S-32至S-8和S7至S31分别设为0。符号402-2的带宽BW-2是13×312.5kHz≈4.1MHz。图5B中的波形410-2表示OFDM符号402-2的时域版本。
处理路径285-3流程并编码OOK映射的源数据280-3，以与上述处理路径285-1和285-2相同的方式输出对应的WUR帧250-3，除了波形源304-3使用一组不同的OFDM子载波，用于如图5C所示的频域波形402-3和时域波形410-3。特别地，OFDM波形发生器301-3利用64点快速傅里叶反变换(IFFT)操作以生成频域OFDM符号402-3，其中占用带宽BW-3的所分配的子载波S-28至S-15的子集用于提供符号波形410-3。在图5C所示的示例符号402-3中，14个子载波S-28至S-15组中的中心子载波S-21为零值，该组中的其余13个子载波的分配值如下：子载波S-28、S-26、S-25、S-22、S-20、S-18、S-16和S-15设为正1(+1)；子载波S-27、S-24、S-23、S-19和S-17分别设为负1(–1)。剩余子载波S-32至S-29和S-14至S31分别设为0。符号402-3的带宽BW-3是13×312.5kHz≈4.1MHz。图5C中的波形410-3表示OFDM符号402-3的时域版本。
如上所述，所述WUR帧250-1、250-2和250-3中包括的WFC符号都从64载波OFDM符号的子载波组中推导出。在一些示例中，OFDM波形发生器301-1、301-2、301-3可通过相同的64子载波OFDM波形发生器的不同子载波组来实现。在示例实施例中，在每个OFDM符号402-1、402-2和402-3中使用的子载波模式以在传统OFDM 802.11长训练序列(Long TrainingSequence，简称为LTS)符号中占用的对应子载波为基础(除了OFDM符号402-3之外，其中已经添加了+1子载波S-28和–1子载波S-27值，因为对应的子载波S-28和S-27在传统的LTS符号中为空)。在所示实施例中，OFDM符号402-1、402-2和402-3中的每一个均包括设为正1(+1)的八(8)个子载波和设为负1(–1)的五(5)个子载波。然而，在替代实施例中，可以采用不同的子载波模式。
因此，所述处理路径285-1、285-2和285-3分别在三个不同频带中同时输出信号，如下：所述处理路径285-1在频带BW-1中输出WUR帧250-1；所述处理路径285-2在频带BW-2中输出WUR帧250-2；所述处理路径285-3在频带BW-3中输出WUR帧250-3。三个WUR帧250-1、250-2和250-3在加法电路307中以同步的逐个样本方式进行组合，采用了与生成WFC符号520的相同采样率以生成多频带WUR单元201。所述多频带WUR单元201具有如图3和表1所述的特征。以包括传统前导码210为例，在所述多频带WUR单元201的开头加上传统前导码210以形成WUR数据单元200，然后所述WUR数据单元200在调制器308处上变频到信道载波频率并且通过无线网络信道410作为唤醒信号152的一部分发送。在示例实施例中，用于802.11的相同发射滤波器用于提供频谱滤波，以确保发送的符号，包括任何边缘子载波，属于20MHz频谱模板内。
图6示出了三个接收站104-1、104-2和104-3以及在各自的三个WUR电路108处进行的解码操作，所述解码操作涉及包括在通过无线信道410接收到的唤醒信号152中的WUR数据单元200。在一些示例中，所示的在WUR电路108处执行的各处理块310、312、314、316、318和320均表示一项操作，该操作可以作为一个或多个集成电路一部分的模块或元件而得以实现。如图6所示，所述接收站104-1、104-2和104-3中的每一个分别包括滤波器312-1、312-2和312-3(一般称为滤波器312)。至少在一些示例中，在已分配的WUR帧250-1、250-2或250-3的先前通信期间，所述接收站104-1、104-2和104-3得到预先配置或预先通知，使得每个接收站104-1、104-2、104-3能够分别将其各自的WUR电路108的滤波器312-1、312-2、312-3调谐到其分配的WUR帧250-1、250-2或205-3的带宽上。因此，在示例实施例中，接收站104-1将其滤波器312-1配置为BW-1的带通滤波器，所述带通滤波器对应于具有4MHz带宽的6.56MHz中心频率；接收站104-2将其滤波器312-2配置为BW-2的低通滤波器，所述低通滤波器对应于具有4MHz带宽的0MHz中心频率；接收站104-3将其滤波器312-3配置为BW-3的带通滤波器，所述带通滤波器对应于具有4MHz带宽的–6.56MHz中心频率。在一些示例中，所述滤波器312是8抽头滤波器(滤波系数＝8)，以在频带间干扰抑制和ISI之间进行优化。在一些示例中，所述滤波器是4抽头滤波器(滤波器系数＝4)，以在频带间干扰抑制和ISI之间进行优化，但是需具有更大权重以降低功耗。
根据示例实施例，现在将对在接收站104-1的WUR电路108处接收到的WUR数据单元200的处理进行详细描述。所述接收到的WUR数据单元200作为唤醒信号152的一部分在所述WUR电路108处进行接收，然后在调制器310处下变频到基带。然后，基带WUR数据单元200在滤波器312-1处进行滤波，以将信号限制到对应于WUR帧250-1的带宽BW-1。然后，同步操作314处理接收到的WUR帧250-1，以同步到包括在所述WUR帧250-1的已恢复的WFC部分268-1R中的WFC符号520的符号边界。在这方面，在一些示例实施例中，同步操作314依赖于接收到的WUR帧250-1中的WUR-参考信号252，以允许WUR电路108将采样定时同步到在已恢复的WFC编码部分268-1中包括的各个已恢复的WFC符号520的输入符号边界，使得能量检测操作316和硬判决操作318能够依次处理每个已恢复的WFC符号520。在示例实施例中，在能量检测操作316之前或在其初始步骤中，从正在处理的WFC符号520中移除在开头加上的GI。然后，所述能量检测操作316分别测量第一和第二子符号SUB1和SUB2的功率分布。例如，在一个实施例中，能量检测操作316用于以在波形编码操作306中使用的相同频率(例如，802.11的常规20MHz)对WFC符号520进行采样，并对WFC符号520R进行如下处理：删除前M个样本(对应时长Tgi)；对于代表子符号SUB1的下个N/2个样本(对应时长Tu/2)，确定其平均功率分布值；对于表示子符号SUB2的下个N/2个样本(对应时长Tu/2)，确定其另一个平均功率分布值。以采样率20MHz，总符号时间Ttot＝4μs为例，删除的GI包括M＝16个样本，第一子符号SUB1和第二子符号SUB2分别包括N/2＝32个样本。
判决块318用于比较第一和第二子符号SUB1和SUB2之间的平均功率分布值，并做出相应的数据“0”或“1”判决。在所示示例中，如果第一子符号SUB1的平均功率分布值的大小大于第二子符号SUB2的平均功率分布值的大小，则将接收到的WFC符号520解码为数据“1”；如果第二子符号SUB2中的平均功率大小值大于第一子符号SUB1的平均功率大小值，则将接收到的WFC符号520解码为数据“0”。对判决操作318的连续数据位进行组合，以提供已恢复的FEC OOK数据，其中利用FEC解码操作320以产生对应原始OOK源数据280-1的已恢复的OOK源数据280-1R。例如，已恢复的OOK源数据280-1R可以包含信息和指令，用于接收站104-1的主WLAN收发电路106的内部唤醒信号154。
同样地，所述接收站104-2和104-3分别用于从所述WUR数据单元200恢复其各自的OOK源数据280-2R和280-3R。
尽管所示WUR数据单元200具有附加到传统前导码210的三个并发WUR帧250-1、250-2和250-3，但是所述数据单元200可以包括三个以上或以下的WUR帧。在一些实施例中，可对附加到传统前导码210的WUR帧的数量进行配置。在一些实施例中，可对WUR帧的带宽、它们之间的保护频带，以及它们在传统前导码210的带宽内的频率分配进行配置。在一些示例实施例中，每个WUR帧可以具有5MHz或更小的带宽。
本发明可以提供一定的示例算法和计算，用于实现所公开方法和系统的示例。但是，本发明不受任何特定算法或计算限制。
尽管本发明可以以一定的顺序描述具有步骤的方法和过程，但是可以适当省略或更改所述方法和过程的一个或多个步骤。在适当情况下，一个或多个步骤可以以不同于其描述的顺序执行。
尽管对本发明所述的方法至少进行了部分描述，但是本领域普通技术人员应当理解，本发明还涉及各种组件，用于以硬件组件、软件或两者组合的方式实现至少一些所述方面和方法的特征。
在不脱离权利要求保护的主题的情况下，本发明可以以其他特定形式实施。所描述的示例实施例在各方面仅仅是示意性的，而非限制性的。结合一个或多个上述实施例的所选特征，以构建未明确描述的替代实施例，适合于此种结合方式的特征应属于本发明的范围。
本文还公开了所公开范围内的所有值和子范围。此外，尽管本文公开和示出的系统、设备和流程可以包括特定数量的元件/组件，但是可对所述系统、设备和组件进行更改，以包括更多或更少的此类元件/组件。例如，尽管所公开的任何元件/组件可以是单数，但是本文公开的实施例可以更改为包括多个此类元件/组件。本文所述的主题旨在涵盖并包含技术的所有合适更改。

Claims (22)

1.一种在通信信道上为多个接收站提供唤醒信号的方法，其特征在于，包括：
生成多个波形编码符号系列，其中每个系列合入到各自的唤醒无线(WUR)帧中，所述WUR帧用于各自的接收站并具有各自的预定义带宽；所述多个波形编码符号系列包括第一系列，合入到在具有第一预定义带宽的第一WUR帧中；第二系列，合入到具有第二预定义带宽的第二WUR帧中；第三系列，合入到具有第三预定义带宽的第三WUR帧中，
其中，所述第一系列中的每个波形编码符号是通过将时域中的波形编码应用于第一正交频分复用(OFDM)波形而生成的，其中所述第一正交频分复用(OFDM)波形的第一预定义带宽之外的所有子载波均设为零；
其中，所述第二系列中的每个波形编码符号是通过将时域中的波形编码应用于第二OFDM波形而生成的，其中所述第二OFDM波形的第二预定义带宽之外的所有子载波均设为零；
其中，所述第三系列中的每个波形编码符号是通过将时域中的波形编码应用于第三OFDM波形而生成的，其中所述第三OFDM波形的第三预定义带宽之外的所有子载波均设为零；
将各自的WUR帧组合成多频带WUR数据单元包括添加所述第一、第二和第三WUR帧，并且所述方法包括上变频所述多频带WUR数据单元以提供所述唤醒信号，所述多频带WUR数据单元具有的带宽大于所述WUR帧的预定义带宽之和；
在通信信道上发送包括多频带WUR数据单元的唤醒信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多频带WUR数据单元的带宽为20MHz，每个WUR帧具有5MHz或更小的带宽，其中相邻WUR帧之间包括频率保护频带。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一、第二和第三OFDM波形都是从64点IFFT生成的，并具有312.5kHz的子载波间隔，
其中，所述第一OFDM波形包括所述第一预定义带宽内的14个子载波，其中一个子载波设为零，十三个子载波为非零值；
其中，所述第二OFDM波形包括所述第二预定义带宽内的14个子载波，其中一个子载波设为零，十三个子载波为非零值；
其中，所述第三OFDM波形包括所述第三预定义带宽内的14个子载波，其中一个子载波设为零，十三个子载波为非零值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在每个所述第一、第二和第三OFDM波形中的十三个非零子载波中，八个子载波设为正1，五个子载波设为负1。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，其中，
所述第一OFDM波形的第一预定义带宽包括14个子载波S14至S27，其中，中心子载波S21设为零，子载波S15、S16、S19、S22、S24、S25、S26和S27设为正1(+1)；子载波S14、S17、S18、S20和S22分别设为负1(–1)；
所述第二OFDM波形的第二预定义带宽包括14个子载波S–7至S6，其中，中心子载波S0设为零，子载波S–6、S–4、S–3、S–2、S–1、S1、S4和S5设为正1(+1)；子载波S–7、S–5、S2、S3和S6分别设为负1(–1)；
所述第三OFDM波形的第三预定义带宽包括14个子载波S-28至S-15，其中，中心子载波S-21设为零，子载波S-28、S-26、S-25、S-22、S-20、S-18、S-16和S-15设为正1(+1)；子载波S-27、S-24、S-23、S-19和S-17分别设为负1(–1)。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一预定义带宽、所述第二预定义带宽和所述第三预定义带宽均小于4.1MHz，所述第一WUR帧和所述第二WUR帧之间包括2.5MHz的保护频带，所述第二WUR帧和所述第三WUR帧之间包括2.5MHz的保护频带。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每个波形编码符号分别表示数据位，且包括相同时长的第一和第二子符号之前的保护间隔，所述数据位由第一和第二子符号间不同的相对能量分布表示。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述数据位通过断续键控进行编码以表示数据“1”和数据“0”位，其中数据“1”位由比第二子符号具有更高能量的第一子符号的波形编码符号表示，数据“0”位由比第二子符号具有更低能量的第一子符号的波形编码符号表示。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述数据位通过断续键控进行编码以表示数据“1”和数据“0”位，其中数据“0”位由比第二子符号具有更高能量的第一子符号的波形编码符号表示，数据“1”位由比第二子符号具有更低能量的第一子符号的波形编码符号表示。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述每个波形编码符号的保护间隔基本上具有零能量。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述每个波形编码符号的时长为4μs，每个保护间隔的时长为0.8μs，每个子符号的时长为1.6μs。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多频带WUR数据单元附加在传统前导码符号中。
13.根据权利要求1至12任一项所述的方法，其特征在于，包括：向每个接收站发送通知，指示用于所述接收站的WUR帧的预定义带宽。
14.一种用于在通信信道上发送唤醒信号的发送器，其特征在于，包括：
波形编码模块，用于生成包括多个WUR帧的多频带唤醒无线电(WUR)数据单元，其中每个WUR帧合入了用于各自接收站的多个波形编码符号系列，所述每个WUR帧分别在所述多频带WUR数据单元的带宽内占用各自的预定义带宽，所述WUR数据单元的带宽大于所述WUR帧的预定义带宽之和；所述多个波形编码符号系列包括第一系列，合入到具有第一预定义带宽的第一WUR帧中；第二系列，合入到具有第二预定义带宽的第二WUR帧中；第三系列，合入到具有第三预定义带宽的第三WUR帧中，
其中，所述第一系列中的每个波形编码符号是通过将时域中的波形编码应用于所述第一预定义带宽内的OFDM子载波而生成的，所述第一预定义带宽之外的所有子载波均设为零；
其中，所述第二系列中的每个波形编码符号是通过将时域中的波形编码应用于所述第二预定义带宽内的OFDM子载波而生成的，所述第二预定义带宽之外的所有子载波均设为零；
其中，所述第三系列中的每个波形编码符号是通过将时域中的波形编码应用于所述第三预定义带宽内的OFDM子载波而生成的，所述第三预定义带宽之外的所有子载波均设为零；
其中，所述波形编码模块通过添加所述第一、第二和第三WUR帧生成所述多频带WUR数据单元；
调制器，用于将所述多频带WUR数据单元上变频到载波频率，并在通信信道上发送包括所述多频带WUR数据单元的唤醒信号。
15.根据权利要求14所述的发送器，其特征在于，所述多频带WUR数据单元的带宽为20MHz，所述每个WUR帧的预定义带宽为5MHz或更小，所述波形编码模块用于包括相邻WUR帧之间的频率保护频带和所述多频带WUR数据单元的带宽的边缘频率的边缘频带。
16.根据权利要求14所述的发送器，其特征在于，所述OFDM子载波的子载波间隔为312.5kHz，其中第一、第二和第三预定义带宽内的所述OFDM子载波分别包括14个子载波，其中一个子载波设为零，十三个子载波为非零值。
17.根据权利要求16所述的发送器，其特征在于，在每个所述第一、第二和第三OFDM波形中的十三个非零子载波中，八个子载波设为正1，五个子载波设为负1。
18.一种接收唤醒信号的方法，其特征在于，所述唤醒信号包括具有多个WUR帧的多频带唤醒无线电(WUR)数据单元，其中每个WUR帧包含用于各自接收站的多个波形编码符号系列，所述每个WUR帧在所述多频带WUR数据单元的带宽内占用各自的预定义带宽；所述多个波形预编码符号系列包括第一系列，用于合入到具有第一预定义带宽的第一WUR帧中，第二系列，用于合入到具有第二预定义带宽的第二WUR帧中，第三系列，用于合入到具有第三预定义带宽的第三WUR帧中，
其中，所述第一系列中的每个波形编码符号是通过将时域中的波形编码应用于第一正交频分复用(OFDM)波形而生成的，所述第一正交频分复用(OFDM)波形的第一预定义带宽之外的所有子载波均设为零；
所述第二系列中的每个波形编码符号是通过将时域中的波形编码应用于第二OFDM波形而生成的，所述第二OFDM波形的第二预定义带宽之外的所有子载波均设为零；
所述第三系列中的每个波形编码符号是通过将时域中的波形编码是通过将时域中的波形编码应用于第三OFDM波形而生成的，所述第三OFDM波形的第三预定义带宽之外的所有子载波均设为零；
其中，多频带WUR数据单元包括第一、第二和第三WUR帧，并且所述方法包括：
对所述接收到的唤醒信号进行下变频和滤波，以选择所述预定义WUR帧带宽的其中一种；所述唤醒信号是上变频所述多频带WUR数据单元得到的；
对合入到占用所选的预定义WUR帧带宽的WUR帧中的波形编码符号进行解码。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，对所述波形编码符号进行解码包括：基于所述波形编码符号的子符号之间的相对能量分布确定每个波形编码符号的比特值。
20.根据权利要求18至19任一项所述的方法，其特征在于，在滤波系数至少为4且小于或等于8的滤波器中执行所述滤波。
21.一种唤醒无线电接收电路，其特征在于，包括：
调制器，用于将接收到的唤醒信号下变频为基带信号，所述基带信号包括具有多个WUR帧的多频带唤醒无线电(WUR)数据单元，其中每个WUR帧合入了用于各自接收站的多个波形编码符号，所述每个WUR帧在所述多频带WUR数据单元的带宽内占用各自的预定义带宽；所述WUR数据单元的带宽大于所述WUR帧的预定义带宽之和；所述多个波形编码符号系列包括第一系列，用于合入到具有第一预定义带宽的第一WUR帧中；第二系列，用于合入到具有第二预定义带宽的第二WUR帧中；第三系列，用于合入到具有第三预定义带宽的第三WUR帧中，
其中，所述第一系列中的每个波形编码符号是通过将时域中的波形编码应用于所述第一预定义带宽内的OFDM子载波而生成的，所述第一预定义带宽之外的所有子载波均设为零；
其中，所述第二系列中的每个波形编码符号是通过将时域中的波形编码应用于所述第二预定义带宽内的OFDM子载波而生成的，所述第二预定义带宽之外的所有子载波均设为零；
其中，所述第三系列中的每个波形编码符号是通过将时域中的波形编码应用于所述第三预定义带宽内的OFDM子载波而生成的，所述第三预定义带宽之外的所有子载波均设为零；
滤波器，用于对所述基带信号进行滤波，以选择所述预定义WUR帧带宽的其中一种；
能量检测和判决操作，用于基于每个波形编码符号的子符号之间的相对能量分布确定合入到占用所选的预定义WUR帧带宽的WUR帧中的波形编码符号的比特值。
22.根据权利要求21所述的唤醒无线电接收电路，其特征在于，所述滤波器的滤波系数至少为4且小于或等于8。
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