CN110719120B - 一种通用可配置msk或qpsk软扩频调制系统 - Google Patents

一种通用可配置msk或qpsk软扩频调制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种通用可配置MSK或QPSK软扩频调制系统，所述计数模块(1)通过多级联计数器实现扩频速率控制；所述基带数据存储模块(2)和基带数据提取模块(3)联合提取多比特基带数据；所述扩频码相位映射模块(5)根据多比特基带数据从所述扩频码缓存模块(4)选取相应相位扩频码输出；扩频码经过扩频码差分编码模块(6)、扩频码串并转换模块(7)、扩频码星座图映射模块(8)和扩频码采用输出模块(9)后形成扩频数据流；所述扩频数据流在MSK模式下经过所述NCO混频模块输出调制结果，在QPSK模式下经过所述成型滤波模块(11)输出或直接输出调制结果。本发明可灵活配置QPSK或MSK模式，且每种模式下软扩频相关参数也可动态配置，通用性强。

Description

一种通用可配置MSK或QPSK软扩频调制系统
技术领域
本发明属于扩频通信领域，具体涉及一种通用可配置MSK或QPSK软扩频调制系统。
背景技术
扩频通信系统中常见的调制方式包括：MSK调制指最小频移键控模式，QPSK调制指正交相移键控；与软扩频模式相结合，可形成MSK或QPSK软扩频调制系统。实际应用中，根据应用需求不同，软扩频通信系统可能采用不同数量的基带数据进行扩频码相位映射，且扩频码、扩频码相位、码速率、基带数据长度等均随具体应用需求变化；设计人员如果针对每一种具体应用需求下的MSK/QPSK软扩频调制系统进行设计、验证和调试，将会浪费大量的时间和精力；且电路结构固定，可重用性较差。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种通用可配置的MSK或QPSK软扩频系统，实现在不同通信系统需求下，MSK/QPSK软扩频模式动态可配，且相应扩频参数均可灵活配置。
对此，本发明提出一种通用可配置MSK或QPSK软扩频调制系统包括：计数模块，基带数据存储模块，基带数据提取模块，扩频码缓存模块，扩频码相位映射模块，扩频码差分编码模块，扩频码串并转换模块，扩频码星座图映射模块，扩频码采样输出模块，NCO混频模块，成型滤波模块。所述计数模块通过多个级联计数器实现扩频速率控制；所述基带数据存储模块按比特存储基带数据；所述基带数据提取模块根据配置依次提取多比特基带数据；所述扩频码缓存模块对不同相位扩频码进行缓存；所述扩频码映射模块实现N比特基带数据向扩频码起始相位的映射；所述扩频码差分编码模块对扩频码流进行差分编码；所述扩频码串并转换模块实现差分扩频码流串并转换功能；所述扩频码星座图映射模块实现对I/Q两路扩频码流的星座图映射功能；所述扩频码采样输出模块实现对I/Q两路扩频码的采样输出。其中基带数据存储模块、基带数据提取模块、扩频码缓存模块、扩频码相位映射模块、扩频码差分编码模块、扩频码串并转换模块、扩频码星座图映射模块、扩频码采样输出模块构成软扩频数据流通路；所述计数模块通过多个级联计数器产生控制信号，实现对所述软扩频数据流通路的扩频速率控制；扩频码缓存模块为所述软扩频数据流通路提供扩频码缓存；根据系统配置，所述软扩频数据流通路的输出可选通过NCO混频模块或成型滤波模块输出。
所述计数模块包括基带数据计数模块，扩频码计数模块和采样计数模块；其中，扩频码采样输出后，在MSK模式下经过所述NCO混频模块完成基带载波调制过程再输出，在QPSK模式下直接输出或经过所述成型滤波模块后输出；所述计数模块通过级联计数器实现扩频速率控制包括：所述计数模块根据配置的码速率和工作时钟频率，由所述基带数据计数模块，扩频码计数模块和采样计数模块级联产生基带数据计数使能、扩频码计数使能和采样计数使能，分别用于控制基带数据流、扩频码流和采样扩频码流的输出速率。
所述基带数据存储模块按比特存储基带数据包括：所述基带数据存储模块根据配置存储待扩频调制的基带数据。
所述基带数据提取模块根据配置依次提取多比特基带数据；所述基带数据提取模块在所述基带数据计数模块产生的取数使能有效时，从所述基带数据存储模块中依次取出配置位数的基带数据，输出待扩频调制的基带数据。
所述扩频码缓存模块对不同相位扩频码进行缓存包括：所述扩频码缓存模块中存储同一组PN码按不同相位存储的扩频码，PN码长度、内容均可灵活配置，PN码总共存储的相位数为2N。即当所述基带数据提取模块中配置3比特基带数据一组进行软扩频，则所述扩频码缓存模块中共存储8种相位的扩频码，当所述基带数据提取模块中配置4比特基带数据一组进行软扩频，则所述扩频码缓存模块中共存储16种相位的PN码。
所述扩频码映射模块实现N比特基带数据向扩频码起始相位的映射包括：所述扩频码映射模块首先根据所述基带数据提取模块输出的N比特基带数据值选择所述扩频码缓存模块中对应相位的PN码，然后根据所述扩频码计数模块产生的取数使能将该相位PN码逐位输出形成扩频码流。
所述扩频码差分编码模块对扩频码流进行差分编码包括：所述扩频码差分编码模块对扩频码流进行差分操作输出差分扩频码流，差分操作根据配置可选择同或或异或，且差分初值可配置；所述差分编码模块可旁路。
所述扩频码串并转换模块实现差分扩频码流串并转换功能包括：所述扩频码串并转换模块将差分扩频码流串的每个扩频码比特位依次分配到I路或Q路，形成I/Q两路扩频码流；其中第一个比特位分配到I路，第二个比特位分配到Q路，第三个比特位分配到I路，第四个比特位分配到Q路，以此类推；在MSK模式下，Q路相对I路有固定相位延时，所述固定相位延时可配置；在QPSK模式下，该固定相位延时可旁路成为标准QPSK调制，否则为OQPSK模式。
所述扩频码星座图映射模块实现对I/Q两路扩频码流的星座图映射功能包括：所述扩频码星座图映射模块按I/Q两路分别进行星座图映射，每路扩频码流根据配置选择原样输出或反相输出。
所述扩频码采样输出模块实现对I/Q两路扩频码的采样输出包括：所述扩频码采样输出模块根据所述采样计数模块输出的扩频码采样计数使能，将I/Q两路扩频码流分别按配置采样倍数逐比特输出，形成采样扩频码流。对于MSK调制模式，所述采样扩频码流通过所述NCO混频模块进行基带载波调制；对于QPSK调制模式，所述采样扩频码流通过所述成型滤波模块后输出。
本发明在不改变硬件的基础上能够快速生成需要的MSK/QPSK软扩频调制系统，且通过处理器在线配置基带数据长度、N比特基带数据一组进行软扩频、扩频PN码长度内容相位、扩频码差分选择、星座图映射等；通用可配置性强，使用灵活，避免重复设计，节省设计成本，进一步可提高系统设计效率。
附图说明
图1为本发明一种通用可配置MSK或QPSK软扩频调制系统实现框图；
1.计数模块，1-1.基带数据计数模块，1-2.扩频码计数模块，1-3.采样计数模块，2.基带数据存储模块，3.基带数据提取模块，4.扩频码缓存模块、5.扩频码相位映射模块、6.扩频码差分编码模块，7.扩频码串并转换模块，8.扩频码星座图映射模块，9.扩频码采样输出模块，10.NCO混频模块，11.成型滤波模块，12.软扩频数据流通路。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做出详细说明。
图1所示，本发明提出的一种通用可配置MSK或QPSK软扩频调制系统包括：计数模块1，基带数据存储模块2，基带数据提取模块3，扩频码缓存模块4、扩频码相位映射模块5、扩频码差分编码模块6，扩频码串并转换模块7，扩频码星座图映射模块8，扩频码采样输出模块9，NCO混频模块10，成型滤波模块11。
所述计数模块1通过多个级联计数器实现扩频速率控制；所述基带数据存储模块2按比特存储基带数据；所述基带数据提取模块3根据配置依次提取多比特基带数据；所述扩频码缓存模块4对不同相位扩频码进行缓存；所述扩频码映射模块5实现N比特基带数据向扩频码起始相位的映射；所述扩频码差分编码模块6对扩频码流进行差分编码；所述扩频码串并转换模块7实现差分扩频码流串并转换功能；所述扩频码星座图映射模块8实现对I/Q两路扩频码流的星座图映射功能；所述扩频码采样输出模块9实现对I/Q两路扩频码的采样输出。其中基带数据存储模块2，基带数据提取模块3，扩频码缓存模块4、扩频码相位映射模块5、扩频码差分编码模块6，扩频码串并转换模块7，扩频码星座图映射模块8，扩频码采样输出模块9构成软扩频数据流通路12，计数模块1通过多个级联计数器产生控制信号，实现对所述软扩频数据流通路12的扩频速率控制；扩频码缓存模块4为所述软扩频数据流通路12提供扩频码缓存；根据系统配置，所述软扩频数据流通路12的输出可选通过NCO混频模块10或成型滤波模块11输出。
所述计数模块1包括基带数据计数模块1-1，扩频码计数模块1-2和采样计数模块1-3；其中，扩频码采样输出后，在MSK模式下经过所述NCO混频模块10完成基带载波调制过程再输出，在QPSK模式下直接输出或经过所述成型滤波模块11后输出；所述计数模块1通过级联计数器实现扩频速率控制包括：
所述计数模块1根据配置的码速率和工作时钟频率，由所述基带数据计数模块1-1，扩频码计数模块1-2和采样计数模块1-3级联产生基带数据计数使能、扩频码计数使能和采样计数使能，分别用于控制基带数据流、扩频码流和采样扩频码流的输出速率。
所述基带数据存储模块2按比特存储基带数据包括：所述基带数据存储模块2根据配置存储待扩频调制的基带数据。
所述基带数据提取模块3根据配置依次提取多比特基带数据；所述基带数据提取模块3在所述基带数据计数模块1-1产生的取数使能有效时，从所述基带数据存储模块2中依次取出配置位数N的基带数据，输出待扩频调制的基带数据。
所述扩频码缓存模块4对不同相位扩频码进行缓存包括：所述扩频码缓存模块4中存储同一组PN码按不同相位存储的扩频码，PN码长度、内容均可灵活配置，PN码总共存储的相位数为2N。即当所述基带数据提取模块3中配置3比特基带数据一组进行软扩频，则所述扩频码缓存模块4中共存储8种相位的扩频码，当所述基带数据提取模块3中配置4比特基带数据一组进行软扩频，则所述扩频码缓存模块4中共存储16种相位的PN码。
所述扩频码映射模块5实现N比特基带数据向扩频码起始相位的映射包括：所述扩频码映射模块5首先根据所述基带数据提取模块3输出的N比特基带数据值选择所述扩频码缓存模块4中对应相位的PN码，然后根据所述扩频码计数模块1-2产生的取数使能将该相位PN码逐位输出形成扩频码流。
所述扩频码差分编码模块6对扩频码流进行差分编码包括：所述扩频码差分编码模块6对扩频码流进行差分操作输出差分扩频码流，差分操作根据配置可选择同或或异或，且差分初值可配置；所述差分编码模块可旁路。
所述扩频码串并转换模块7实现差分扩频码流串并转换功能包括：所述扩频码串并转换模块7将差分扩频码流串的每个扩频码比特位依次分配到I路或Q路，形成I/Q两路扩频码流；其中第一个比特位分配到I路，第二个比特位分配到Q路，第三个比特位分配到I路，第四个比特位分配到Q路，以此类推；在MSK模式下，Q路相对I路有固定相位延时，所述固定相位延时可配置；在QPSK模式下，该固定相位延时可旁路成为标准QPSK调制，否则为OQPSK模式。
所述扩频码星座图映射模块8实现对I/Q两路扩频码流的星座图映射功能包括：所述扩频码星座图映射模块8按I/Q两路分别进行星座图映射，每路扩频码流根据配置选择原样输出或反相输出。
所述扩频码采样输出模块9实现对I/Q两路扩频码的采样输出包括：所述扩频码采样输出模块9根据所述采样计数模块1-3输出的扩频码采样计数使能，将I/Q两路扩频码流分别按配置采样倍数逐比特输出，形成采样扩频码流。对于MSK调制模式，所述采样扩频码流通过所述NCO混频模块10进行基带载波调制；对于QPSK调制模式，所述采样扩频码流通过所述成型滤波模块11后输出。
此外，本发明还提出一种通用可配置MSK或QPSK软扩频调制系统实现方法，实施例如图1所示，其具体步骤为：
第一步：搭建MSK/QPSK软扩频调制系统，该系统包括：计数模块1、基带数据存储模块2、基带数据提取模块3、扩频码缓存模块4、扩频码相位映射模块5、扩频码差分编码模块6、扩频码串并转换模块7、扩频码星座图映射模块8、扩频码采样输出模块9、NCO混频模块10、成型滤波模块11。其中计数模块1包括基带数据计数模块1-1、扩频码计数模块1-2和采样计数模块1-3；其中，扩频码采样输出后，在MSK模式下经过所述NCO混频模块10完成基带载波调制过程再输出，在QPSK模式下直接输出或经过所述成型滤波模块11后输出。
所述计数模块1通过多个级联计数器实现扩频速率控制；所述基带数据存储模块2按比特存储基带数据；所述基带数据提取模块3根据配置依次提取多比特基带数据；所述扩频码缓存模块4对不同相位扩频码进行缓存；所述扩频码映射模块5实现N比特基带数据向扩频码起始相位的映射；所述扩频码差分编码模块6对扩频码流进行差分编码；所述扩频码串并转换模块7实现差分扩频码流串并转换功能；所述扩频码星座图映射模块8实现对I/Q两路扩频码流的星座图映射功能；所述扩频码采样输出模块9实现对I/Q两路扩频码的采样输出。其中基带数据存储模块2、基带数据提取模块3、扩频码缓存模块4、扩频码相位映射模块5、扩频码差分编码模块6、扩频码串并转换模块7、扩频码星座图映射模块8、扩频码采样输出模块9构成软扩频数据流通路12，计数模块1通过多个级联计数器产生控制信号，实现对所述软扩频数据流通路12的扩频速率控制；扩频码缓存模块4为所述软扩频数据流通路12提供扩频码缓存；根据系统配置，所述软扩频数据流通路12的输出可选通过NCO混频模块10或成型滤波模块11输出。
第二步：所述计数模块1通过若干级联计数器实现扩频速率控制。
所述计数模块1根据配置的码速率和工作时钟频率，由所述基带数据计数模块1-1，扩频码计数模块1-2和采样计数模块1-3级联产生基带数据计数使能、扩频码计数使能和采样计数使能，分别用于控制基带数据流、扩频码流和采样扩频码流的输出速率。
第三步：所述基带数据存储模块2按比特存储基带数据。
所述基带数据存储模块2根据配置存储待扩频调制的基带数据。
第四步：所述基带数据提取模块3根据配置依次提取多比特基带数据。
所述基带数据提取模块3在所述基带数据计数模块1-1产生的取数使能有效时，从所述基带数据存储模块2中依次取出配置位数N的基带数据，输出待扩频调制的基带数据。
第五步：所述扩频码缓存模块4对不同相位扩频码进行缓存。
所述扩频码缓存模块4中存储同一组PN码按不同相位存储的扩频码，PN码长度、内容均可灵活配置，PN码总共存储的相位数为2N。即当所述基带数据提取模块3中配置3比特基带数据一组进行软扩频，则所述扩频码缓存模块4中共存储8种相位的扩频码，当所述基带数据提取模块3中配置4比特基带数据一组进行软扩频，则所述扩频码缓存模块4中共存储16种相位的PN码。
第六步：所述扩频码映射模块5实现N比特基带数据向扩频码起始相位的映射。
所述扩频码映射模块5首先根据所述基带数据提取模块3输出的N比特基带数据值选择所述扩频码缓存模块4中对应相位的PN码，然后根据所述扩频码计数模块1-2产生的取数使能将该相位PN码逐位输出形成扩频码流。
第七步：所述扩频码差分编码模块6对扩频码流进行差分编码。
所述扩频码差分编码模块6对扩频码流进行差分操作输出差分扩频码流，差分操作根据配置可选择同或或者异或，且差分初值可配置；所述差分编码模块可旁路。
第八步：所述扩频码串并转换模块7实现差分扩频码流串并转换功能。
所述扩频码串并转换模块7将差分扩频码流串的每个扩频码比特位依次分配到I路或Q路，形成I/Q两路扩频码流；其中第一个比特位分配到I路，第二个比特位分配到Q路，第三个比特位分配到I路，第四个比特位分配到Q路，以此类推；在MSK模式下，Q路相对I路有固定相位延时，所述固定相位延时可配置；在QPSK模式下，该固定相位延时可旁路成为标准QPSK调制，否则为OQPSK模式。
第九步：所述扩频码星座图映射模块8实现对I/Q两路扩频码流的星座图映射功能。
所述扩频码星座图映射模块8按I/Q两路分别进行星座图映射，每路扩频码流根据配置选择原样输出或反相输出。
第十步：所述扩频码采样输出模块9实现对I/Q两路扩频码的采样输出。
所述扩频码采样输出模块9根据所述采样计数模块1-3输出的扩频码采样计数使能，将I/Q两路扩频码流分别按配置采样倍数逐比特输出，形成采样扩频码流；例如当配置采样倍数为8时，原单路扩频码流1001在采样计数使能有效时输出为1111_1111_0000_0000_0000_0000_1111_1111。
第十一步：可选通过所述NCO混频模块10实现NCO混频功能，或通过所述成型滤波模块11实现成型滤波功能。
对于MSK调制模式，所述采样扩频码流通过所述NCO混频模块10进行基带载波调制；对于QPSK调制模式，所述采样扩频码流通过所述成型滤波模块11后输出。
至此，完成一帧基带数据的QPSK/MSK扩频调制运算，输出调制结果。
本发明在不改变硬件的基础上能够快速生成需要的MSK/QPSK软扩频调制系统，且通过处理器在线配置基带数据长度、N比特基带数据一组进行软扩频、扩频PN码长度内容相位、扩频码差分选择、星座图映射等；通用可配置性强，使用灵活，避免重复设计，节省设计成本，进一步可提高系统设计效率。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并部用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通用可配置MSK或QPSK软扩频调制系统，其特征在于，
该系统包括：计数模块(1)、基带数据存储模块(2)、基带数据提取模块(3)、扩频码缓存模块(4)、扩频码相位映射模块(5)、扩频码差分编码模块(6)、扩频码串并转换模块(7)、扩频码星座图映射模块(8)、扩频码采样输出模块(9)、NCO混频模块(10)、成型滤波模块(11)；
所述计数模块(1)通过多个级联计数器实现扩频速率控制；
所述基带数据存储模块(2)按比特存储基带数据；
所述基带数据提取模块(3)根据配置依次提取多比特基带数据；
所述扩频码缓存模块(4)对不同相位扩频码进行缓存，为软扩频数据流通路(12)提供扩频码缓存；
所述扩频码相位映射模块(5)实现N比特基带数据向扩频码起始相位的映射；
所述扩频码差分编码模块(6)对扩频码流进行差分编码；
所述扩频码串并转换模块(7)实现差分扩频码流串并转换；
所述扩频码星座图映射模块(8)实现对I/Q两路扩频码流的星座图映射；
所述扩频码采样输出模块(9)实现对I/Q两路扩频码的采样输出；
其中，基带数据存储模块(2)、基带数据提取模块(3)、扩频码缓存模块(4)、扩频码相位映射模块(5)、扩频码差分编码模块(6)、扩频码串并转换模块(7)、扩频码星座图映射模块(8)、扩频码采样输出模块(9)构成所述软扩频数据流通路(12)；所述计数模块(1)通过多个级联计数器产生控制信号，实现对所述软扩频数据流通路(12)的扩频速率控制；扩频码缓存模块(4)为所述软扩频数据流通路(12)提供扩频码缓存；根据系统配置，所述软扩频数据流通路(12)的输出能够通过NCO混频模块(10)或成型滤波模块(11)输出。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述计数模块(1)包括基带数据计数模块(1-1)，扩频码计数模块(1-2)和采样计数模块(1-3)；其中，扩频码采样输出后，在MSK模式下经过所述NCO混频模块(10)完成基带载波调制过程再输出，在QPSK模式下直接输出或经过所述成型滤波模块(11)后输出；所述计数模块(1)通过级联计数器实现扩频速率控制包括：
所述计数模块(1)根据配置的码速率和工作时钟频率，由所述基带数据计数模块(1-1)，扩频码计数模块(1-2)和采样计数模块(1-3)级联产生基带数据计数使能、扩频码计数使能和采样计数使能，分别用于控制基带数据流、扩频码流和采样扩频码流的输出速率。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基带数据存储模块(2)按比特存储基带数据包括：
所述基带数据存储模块(2)根据配置按比特存储待扩频调制的基带数据。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述基带数据提取模块(3)根据配置依次提取多比特基带数据包括：
所述基带数据提取模块(3)在所述基带数据计数模块(1-1)产生的取数使能有效时，从所述基带数据存储模块(2)中依次取出配置位数N的基带数据，输出待扩频调制的基带数据。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述扩频码缓存模块(4)对不同相位扩频码进行缓存包括：
所述扩频码缓存模块(4)中存储同一组PN码按不同相位存储的扩频码，PN码总共存储的相位数为2N。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述扩频码相位映射模块(5)实现N比特基带数据向扩频码起始相位的映射包括：
所述扩频码相位映射模块(5)首先根据所述基带数据提取模块(3)输出的N比特基带数据值选择所述扩频码缓存模块(4)中对应相位的PN码，然后根据所述扩频码计数模块(1-2)产生的取数使能将该相位PN码逐位输出形成扩频码流。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述扩频码差分编码模块(6)对扩频码流进行差分编码包括：
所述扩频码差分编码模块(6)对扩频码流进行差分操作输出差分扩频码流，差分操作根据配置可选择同或或异或，且差分初值可配置；所述差分编码模块可旁路。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述扩频码串并转换模块(7)实现差分扩频码流串并转换功能包括：
所述扩频码串并转换模块(7)将差分扩频码流串的每个扩频码比特位依次分配到I路或Q路，形成I/Q两路扩频码流；其中第一个比特位分配到I路，第二个比特位分配到Q路，第三个比特位分配到I路，第四个比特位分配到Q路，以此类推；在MSK模式下，Q路相对I路有固定相位延时，所述固定相位延时可配置；在QPSK模式下，该固定相位延时可旁路成为标准QPSK调制，否则为OQPSK模式。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述扩频码星座图映射模块(8)实现对I/Q两路扩频码流的星座图映射功能包括：
所述扩频码星座图映射模块(8)按I/Q两路分别进行星座图映射，每路扩频码流根据配置选择原样输出或反相输出。
10.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述扩频码采样输出模块(9)实现对I/Q两路扩频码的采样输出包括：
所述扩频码采样输出模块(9)根据所述采样计数模块(1-3)输出的扩频码采样计数使能，将I/Q两路扩频码流分别按配置采样倍数逐比特输出，形成采样扩频码流；
对于MSK调制模式，所述采样扩频码流通过所述NCO混频模块(10)进行基带载波调制；对于QPSK调制模式，所述采样扩频码流通过所述成型滤波模块(11)后输出。
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Assignee: Tuowei Electronic Technology (Shanghai) Co.,Ltd.

Assignor: BEIJING REMOTE SENSING EQUIPMENT INSTITUTE

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Denomination of invention: A General Configurable MSK or QPSK Soft Spread Spectrum Modulation System

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License type: Exclusive License

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