CN1112384A - 直接序列码分多址系统中无缝转换的非连续传送 - Google Patents

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Abstract

用较低的扩展比，达到把不连续传送引入到 CDMA通信技术中，从而使扩展信息只占有压缩模 式的帧的一信息部分，留下帧的一空置部分用以发挥 其他功效，例如对其他频率的评估和实行频率间的无 缝切换。

Description

技术领域
本发明涉及在蜂窝状的无线电话通信系统中码分多址（CDMA）通信技术的使用，更具体地说，涉及一种在直接序列码分多址（DS-CDMA）通信技术中，用非连续传送的频率之间的呼叫链路的无缝转换的方法及装置。
发明背景
自第二次世界大战期间开始，CDMA或扩展频谱通信业已存在。早期的应用主要在于军事方面。然而，时至今日在商业应用上使用扩展频率系统的重要性正不断增加。包括数字蜂窝状无线电话、陆上移动无线电话、卫星系统、室内和室外的个人通信网络等的例子以下都统称为蜂窝状系统。
最近，蜂窝状系统中的信道接入是通过采用频分多址（FDMA）和时分多址（TDMA）方法达成的。在FDMA中，通信信道是集中了信号传输功率的单个射频频带，并用只允许在一指定的频带内的信号能通过的带通滤波器来限止邻道干扰。这样，由于每个信道被分配以一个不同的频率，系统容量就可供使用的频率及信道再使用的局限性所限制。
在TDMA系统中，一个信道包括一个在相同频率上一串周期的时间间隔的时隙。每一个时隙周期称做一帧。一个特定信号的能量被限于这些时隙的其中之一。用一个定时选通门或其他只让在合适时间接收到的信号能量通过的同步元件来限制邻道干扰。因此，可以减少各种不同信号强度的干扰问题。
采用FDMA或TDMA系统或FDMA/TDMA混合系统，其目的是为了保证两个潜在的干扰的信号不在同一时间占据相同频率。与此相比，码分多址（CDMA）则容许信号在时间和频率上重叠。这样，在现有的系统中，CDMA信号共用着相同的频谱。在时域或频域上多址信号可以相互重叠出现。
CDMA通信技术具有若干优点。CDMA蜂窝状系统的容量限度被设计为现存模拟技术的数据，这是由于宽带CDMA系统的特性诸如，改善了的干扰发散特性、语音选通特性、以及在干扰发散中相同频谱的再使用这些特性所致。
原则上，在CDMA系统中须传送的信息数据流被加到称作标记序列（signature  sequence）的很高速率数据流发送。通常，标记序列是二进位的，提供一个比特流。产生这种标记序列的一个方法是采用可视作随机的伪噪声（PN）法，但可由被准许的接收者所复制。信息数据流和高比特率信号序列流通过相乘而被合并，这里设这两个比特流的二进位值可表示为+1或-1。这种将较高比特率信号与较低比特率数据流合并称作扩展信息数据流信号。每一信息数据流或信道被分配一独有的扩展码（标记序列）。标记序列比特率与信息比特率之比称为扩展比。
多个编码信息信号例如通过正交相移键控（QPSK）以调制一射频载波并一起被接收机作为复合信号接收。每一编码信号在频率及时间上重叠其余全部编码信号和噪声相关信号。如果该接收机是指定的，则复合信号与唯一码进行相位，而相应的信息信号可被隔离及解码。
一种CDMA技术，在此称作“直接扩展的传统CDMA”，使用一标记序列代表一比特的信息。通过接收被传送的序列或其补码（被传送的二进位序列值）来指示该信息比特是否为“0”或“1”。标记序列通常包括N比特，每一比特被称为一“片”。整个N片的序列或其补码被称作一传送符号。接收机将所收到的信号与其自己的序列产生器的已知标记序列相关以产生从-1至+1间变化的归一化值。当为大的正相关结果时，则检出“0”，而当为大的负相关结果时，则检测“1”。
另一种CDMA技术，在此称之为直接扩展的“CDMA”使每一传送序列代表多于一比特的信息。它用一组码字，一般是正交码字或双正交码字，将一组信息比特编码为更长的码序列或码符号。标记序列或加密掩码在传送之前被模-2加到二进位码序列。在接收机端，使用该已知的加密掩码对所接收的信号解密，这些信号然后与所有可能的码字进行相关。具有最大的相关值的码字表示该码字最可能被传送，于是指明了哪些信息比特最可能被传送。一种普通的正交码是Walsh-Hadamard（WH）码。
在CDMA中，为了与跳频CDMA相区别，也称作直接序列（DMA（DS-CDMA），上述的“信息比特也可以是编码比特，其中所用的码是一字组或卷码。一个或多个信息比特可组成一数据符号。同时，标记序列或加码掩码可长于单一码序列，在此情况下将该标记序列或加密掩码的子序列加到该码序列上。
对于将来的蜂窝状系统，使用分层小区结构证明在再增加系统容量中是有价值的。在这种不区结构中，较大小区或宏小区的部分被段专供宏小区内的微小区使用。例如，微小区基站可被安置在都市街道的灯柱高度上以处理拥挤地区增加的通信量。每一微小区可覆盖例如一条街道的某些地段或一条隧道。即使是在CDMA系统中，不同类型的小区（宏或微）可以或将用不同的频率工作以增加整个系统的容量。请参阅H·艾里克逊等的“基于蜂窝状的个人通信的多址方案”。第43届维克技术学会论文休，西高古斯，1993（H.Eviksson  etal.，Multiple  Access  Potions  For  Cellerlar  Based  Personal  Comm.”，Proc.43rd  Vchic.  Tech.Soc.Conf.，Secaucus，1993）。不同小区类型、从而不同频率之间必须有可靠的切换程序来支援。
在例如授与侯森（Gilhousen）等人的美国专利USP5101501中所公开的蜂窝状通信系统中，如果载波频率不变，基站间的可靠切换是可维持的。所使用的程序称作通过宏发散的软切换，从而移动台被同时连接到多于一个的基站。
在这种传统的CDMA蜂窝状电话系统中，每一小区具有若干个调制解调器装置或扩展频谱介质。每一调制解调器包括一个数字扩展频谱发送调制器，至少一个数字扩展频频数据接收机和一个搜索接收机。当需要时，在基站的每一调制解调器可被分配到一移动台以方便与该指定的移动台进行通信。在多种情况下，多个调制解调器可供使用，而其他多个调制解调器可在与有关的移动台通信进行通信活动。在Gilhousen系统中，对一个CDMA蜂窝状电话系统使用了转让（hard  off）方案，在该系统中一个新的基地台调制解调器被分配到一移动台，而旧的基地台则继续为呼叫服务。当移动台位于两个基地台的过渡区域，则它与两个基地台通信。
当移动台与新的基地台建立通信，例如移动台与新小区有好的通信，则旧基地台终止服务该呼叫。这种软转让本质上是一种先接后离的切换功能。移动台决定将通信从旧基站要转予以最好的新基站。虽然最好由移动台起动转让请求并决定新基站，但在传统的蜂窝状电话系统中当基站判定转让是适当时也可通过系统控制器作出转让程序的决定，请求邻近小区搜索移动台信号。接收到由系统控制确定的最强信号的基站于是接受此转让请求。
在该CDMA蜂窝状电话系统中，每一基地台通常发射一个“导频”信号。这导频信号被移动台用来获取初始系统同步信号并提供基站发射信号的增强时间（Robust  Time）、频率和相位跟踪。
在传统的DS-CDMA系统中，移动台连续地接收来自网络的信息。事实上，DS-CDMA通常在两个链路方向上连续地接收和发射。不同于TDMA，它没有可供切换到其他载波频率的空闲时隙，从而产生与在两个频率间的转换有关的问题。
第一个问题是对可靠转换的评估，即决定在某一特定的瞬间以一特定的频率上转换给一给定的一基站是否适当的程序。由于移动台不能对网络或移动台中的转换评估算法提供任何频率间的测定，所以转换决定是在没有充分了解移动台的状态下作出的，因而可能是可靠的。
第二个问题是转换的实行。当决定将一个呼叫转交到处于另一个载波频率的其他的基站时，移动台必须丢下现存的链路（或当系统是以宏分集（macro-driversity）操作时的多个链路），然后切换到新的载波频率，并开始建立一新链路。当移动台和新的基站建立同步的过程中，将会失掉信息而使呼叫质量下降。
这些问题通过在移动台中采用两个接收机而得到解决，但这却引起了不希望有的对所需射频硬件数量的增加。
为了解决上述问题，本发明将还连续传输引入到CDMA通信技术中。这是通过使用一压缩模式而达成的，该模式中采用了低扩展比，使扩展信息只填充帧的一部分，以下将此填充部分称作信息部分（也称作第一部分）。
在这压缩模式中，信息被压缩于帧的信息部分，留下帧的一部分，以下称作空置部分（也称作第二部分），该部分用以执行其他功效，例如评估其他频率及实行无缝切换，其中，用户并不检测到该切换。
采用正常及压缩模帧，提供了发挥在采用DS-CDMA的分层小区结构中的时隙传送/接收的优点的能力。它可以测定其他的载波频率，从而提供可靠的切换判决。此外，通过在脱开一旧链路之前建之一新链路，就可以进行载波频率间的无缝转换。而这无需两个接收机就可以完成。
附图的简单说明
下面结合附图的详细说明，将使本发明的特点及优点变得明白，其中：
图1是表示在蜂窝状通信系统的一部分中的通信链路的示意图;
图2A和2B分别是四帧中正常模式传送及压缩模式传送的例子;
图3是移动台及基站的接收机和发射机的有关部分的方块图。
图1示出了包括一个移动台MS、一个第一基站SB1和一个第二基站SB2的蜂窝状通信系统的一小部分。在实际的系统中具有多个移动台和多个基站。基站SB1和SB2通过陆地线路T1和T2而与无线电网络控制器RNC相连接。该无线电网络控制器RNC可包括若干层分层结构，例如一个移动交换中心（MSC）和基站控制器。
通常，在CDMA系统中，信息以具有固定长度，例如5-20ms的帧结构传送。在一帧中被传送的信息被编码及一起扩展。一般使用最大的容许的扩展比，从而在整个帧期间连续传送，如图2A所示。这里将全帧传送表示为正常模式传送。
为，例如，进行可靠的切换评估和和实行可靠的切换，本发明将还连续传送引入于CDMA系统中。这通过采用一低扩展比而达到，从而扩展信息只填充了处于压缩模式的帧的息信部分，而在留下的一剩余部分，即空置部分中，不传输功率，如图2B所示。
在本发明的方法中，这种开槽码分多址通信技术使一个信息数据流以较高速率数据标记序列被传送以产生编码信息信号。根据包括帧的帧结构，该编码信息信号能传送在一信道上，每一帧具有特定时间间隔（例如5-20ms）。与上述的CDMA技术相比，在压缩模式下，编码信息信号不连续地被传送，其中帧包括含有编码信息信号的信息部分和没有信息信号被传送的空置部分。
通过根据预定的规则，在由基站至移动台的下行链路中使用压缩模式，可容易实行用于基站切换判决的对其它载频的评估。在切换到其他频率后，可通过任何适当的方式完成其他载波频率的评估，如授与维克（Wejke）等的美国专利USP5175867所公开那样。移动台MS执行在下行链路（MAHO）的测定，且评估可在移动台MS和/或无线电网络控制器RNC内进行。
在压缩模式帧的空置部分期间，移动台MS对其他载波频率进行测定，因为在这期间它不须听取目前正与它链接的基站。该测定结果被转发到无线电网络控制器RNC（通过目前相链接的基站或多个基站），以提供移动辅助的切换（MAHO）。这种移动辅助切换也可以用从美国专利USP517867或5042082所建议的方法或其他适当的MAHO技术来达到。
在该较佳实施例中，以由无线电网络控制器RNC确定的速率周期地使用压缩模式。该无线电控制器RNC可根据不同因素来决定使用压缩模式的频率，这些因素例如是无线电传播条件，移动台MS的速度，相关呼叫密度的干扰系数（如干扰负荷）、以及接近切换可能需要的小区的边界。在通常状况下多数帧仍然使用正常模式传送。
在本发明的一个较佳实施例中，也用压缩模式来处理呼叫切换的执行。当决定切换到一个在其他载波的上广播的新基站后，便进入压缩模式。在帧的空置部分期间在建立新链路的同时，仍然维持与旧的基站（或多个基站）通信。因此，获得了与新基站的完全同步，建立起新的链路切换是通过停止旧链路（或多个链路）并返回正常模式传送而完成的。而藉着在新链路同步化后也保持旧的链路，可同时进行与新的和旧的基站的通信（在两个载波频率上建立的宏观分集），并采用先接后离法的方案。该用于无缝频率间切换的方案可用于上行和下行链路。
占空比是帧的信息部分与帧的持续时间的比值，并逐帧予以控制。为了测定其他频率，占空比可维持于较高的值（例如0.8），因为该测定只需一个短的时间。为了在两个频率间的实行宏观分集，在两个频率上发送同样的信息。因而占空比近似于0.5。压缩模式只是间歇地使用，而正常模式（占空比＝1）由于其较大的扩展比而使用其余时间。在一较佳实施例中，比值网络控制器RNC为每一个别连接控制压缩模式的实施。
根据为了取得移动台MS和基站BS之间的链路同步，占空比是可以变化的。然而，如果采用同时通信（宏观分集），占空比最好约为50%。这时，对于两个BS的通信信道具有相等的占空比。
为了控制传送质量，帧的信息部分期间所采用的传送功率是空比的函数，在本发明的一个较佳实施例中，例如，
P＝ (P1)/(占空比) [W]
其中P1为用于正常模式传送的功率。
如果占空比，因而扩展比减少，则需要增加功率以维持检测器的传送质量。在帧的其余部分期间，例如空置部分，则当采用压缩模式来测量例如其它载频时，将电原切断。
来自基站BS的总发射功率的变化可通过在某一时间内对一定数量的用户交错使用压缩模式而予以清除。由于另一个载波频率的信号强度测定很可能只需帧的一部分，占空比可做得高，从而减少发射功率的变化。
如果移动台MS是处于宏观分集模式，即移动台与多于一个的基站相连接，则所有连接的基站BS1、BS2对于任何特定的帧须采用相同的传送模式和占空比。宏观分集可用来改善呼叫值量及用于呼叫切换。这一同步可通过任何适当的方式来达成，而在一较佳实施例中，则是通过与基站BS1和BS2连接的无线电网络控制器来完成的。例如，可根据与本申请同时提交的授予Teder等的美国专利USP08/075893中的教导的方法实现同步。
本发明可实现于如图3所示的任何适当系统中。同样基本型式的发射机和接收到可用于移动台MS和基站BS。在发射机方面30，信息被输入到扩展及成帧装置31，其中，信息据本发明的DS-CDMA技术而被开槽址编码。接着，该扩展及成帧的数据被转送到发射机32然后被发射。根据上述方法，占空比和成帧定时由模式控制器33所控制。如上所述，载波频率相对功率的占空比也是由模式控制器33所控制。而模式控制器33则根据测定/切换算法而被控制。该算法可在移动台MS或在无线电网络控制器RNC或在某一有利情况下两者用软件实施。
在接收机侧35，模式控制器36控制无线频率接收机37的载波频率（或多个频率）和成帧定时的占空比。射频接收机37根据如由模式控制器36控制的占空比接收输入的射频信号并对解调。解调信号被输入到信息解码器38，其占空比及成帧定时由模式控制器36所控制。移动台MS也包括用于具有固定扩展的信道，例如导引信道的解码器，在该导引信道上实现对邻近基站BS的信号强度的测定。模式控制器36控制占空比、成帧定时（帧的有效部分）、载波频率（或在接收不同频率的接收机中的多个频率）和相对的功率电平。
利用在无线电网络控制器RNC中的算法可作出进入压缩模式的决定。或者，网络可命令每个下行链路帧应为压缩模式，且这一命令被传送到移动台MS。当采用压缩模式时，其他控制何时使用压缩模式的方法是很容易想象的。
本发明的正常及压缩模式帧的使用开发了当使用DS-CDMA时在分层小区结构中的开槽的发射/接收的优点（参看前Eriksson等的论文）。它可测定其他载波频率，从而提供可靠的切换判决。此外，通过在停止旧链“路之前建立起新链路而可实现载波频率间的无缝切换。而这无需两个接收机便可完成。
上面对本发明的较佳实施的说明使本领域的技术人员能使用本发明。对于这些实施的各种对有关的技术人员来说是显而易见的，而在不离开本发明的范围和精神所述原理是可被应用的。因此，本发明并不限于所公开的实施例，而与下面的权利要求的最广阔的范围相一致。

Claims (37)

1、一种在蜂窝状通信中的码分多址方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
把一个待发射的信息数据流施加到一较高速率的数据信号序列以产生一个编码信息信号；和
根据一个含有若干帧的帧结构，在一个信道上传送所述编码信息信号，每帧具有一特定的持续时间；
所说传送步骤用一个较低的扩展比以压缩模式传送编码信息信号，其中以所说压缩模传送的一帧包括具有其时间间隔小于所说特定时间间隔和包含一完整编码信息信号的第一部分，和一个第二部分。
2、根据权利要求1的方法，其特征在于，还包括增加在一帧的第一部分期间的传送功率电平的步骤，该功率电平作为占空比的函数，所述占空比定义为所述压缩模式帧的第一部分的持续时间与所述特定的持续时间之比。
3、根据权利要求1的方法，其特征在于，在所述第二部分期间，没有功率传输。
4、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述压缩模式用于一无线电链路而无需与在其他无线电链路使用压缩模式相协调。
5、根据权利要求2的方法，其特征在于，还包括通过在一定数量的用户范围内，在一预定时间内扩展使用压缩模式来平滑在总的传送功率的变化的步骤。
6、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述压缩模式的使用频率是根据下列因素的之一或多个组合：移动台速度、干扰、负荷、相关呼叫密度和对诸小区边界的接近程度。
7、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述压缩模式用于一个下行链路。
8、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述压缩模式是用于一个下行链路和一个上行链路。
9、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述压缩模式用于1个上行链路。
10、根据权利要求7的方法，其特征在于，还包括移动台在下行链路压缩模式帧的第二部分期间测量载频。
11、根据权利要求8的方法，其特征在于，还包括在一移动台、当下行线路压缩模式帧的第二部分期间内，完成测定载波频率的步骤。
12、根据权利要求8的方法，其特征在于，还包括在压缩模式帧的所述第二部分期间，当对新的载波频率进行同步和建立起一新的无线电链路时，使用所述压缩模式的步骤。
13、根据权利要求12的方法，其特征在于，还包括在现行使用的无线电链路及所述新的无线电链路上维持通信，以及利用一压缩模式帧的所述第二部分在所述新的射频链路上进行通信的步骤。
14、根据权利要求13的方法，其特征在于，还包括丢弃现行使用的无线电链路并返回到正常模式帧传送的步骤，其中，正常模式帧只包括在所述整个特定时间间隔内的编码信息。
15、根据权利要求11的方法，其特征在于，还包括在一压缩模式帧的所述第二部分期间，当在一新的载波频率上进行同步通信和建立一新的无线电链路时，使用所述压缩模式的步骤。
16、根据权利要求15的方法，其特征在于，还包括在现行使用的无线电链路及所述新的无线电链路上维持通信，以及在所述这新的无线电链路上利用一压缩模式帧的所述第二部分进行通信的步骤。
17、根据权利要求16的方法，其特征在于，还包括丢弃现行使用的无线电链路并返回到正常模式帧传送的步骤，其中，正常模式帧只包括在所述整个定时间间隔内的编码信息。
18、根据权利要求10的方法，其特征在于，还包括不同于用以建立当前链路的载频的载频进行切换评估的步骤。
19、根据权利要求11的方法，其特征在于，还包括使用不同于用以建立当前链路的载频的一载波频率执行切换评估的步骤。
20、根据权利要求19的方法，其特征在于，还包括在一压缩模式帧的所说第二部分期间，当在一新的载波频率上进行同步和建立起一新的线路时，根据所述切换评估使用所述压缩模式的步骤。
21、根据权利要求20的方法，其特征在于，还包括在现行使用的无线电链路及所述新的无线电链路上维持通信，以及在所述新的无线电链路上利用一压缩模式的所述第二部分进行通信的步骤。
22、根据权利要求21的方法，其特征在于，还包括丢弃现行使用的无线电链路并返回到正常模式帧传送的步骤，其中，正常模式帧只包含在所述整个特定时间间隔内的所述偏码信息。
23、根据权利要求8的方法，其特征在于，还包括当执行无缝交接时使用所述压缩模式的步骤，所述无缝交接是通过以下的步骤实行的：
在所述第一部分的期间内在现行无线电链路进行通信，
在所述第二部分的期间内在一新的载体频率上进行同步通信，
在所述第二部分期间内建立一新的无线电链路，
当在所述新的无线电链路上的通信已被建立时，切断现行链路，和
在使用正常模或传送的新的无线电链路上进行通信，其中，正常模式只包含在所述特定时间间隔的所述编码信号。
24、根据权利要求11的方法，其特征在于，还包括当执行无缝切换时使用所述压缩模式的步骤，所述无缝切换是通过以下的步骤实行的：
在所述第一部分的期间内在现行无线电链路进行通信，
在所述第二部分的期间内在一新的载波频率上进行同步通信，
在所述第二部分期间内建立一新的无线电链路，
当在所述新的无线电链路上的通信已被建立时，切断现行链路，和
在使用正常模或传送的新的无线电链路上进行通信，其中，正常模式只包含在所述整个特定时间间隔的所述编码信号。
25、根据权利要求19的方法，其特征在于，还包括当执行无缝切换时使用所述压缩模式的步骤，所述无缝切换是通过以下的步骤实行的：
在所述第一部分的期间内在现行无线电链路进行通信，
在所述第二部分的期间内在一新的载体频率上进行同步通信，
在所述第二部分期间内建立一新的无线电链路，
当在所述新的无线电链路上的通信已被建立时，切断现行链路，和
在使用正常模或传送的新的无线电链路上进行通信，其中，正常模式只包含在所述整个特定时间间隔的所述编码信号。
26、一种用来在码分多址系统中以特定时间间隔的帧的形式传送信息的装置，其特征在于，所述装置包括：
用于以正常帧或压缩帧扩展及成帧装置，其中正常模式帧只包含在所说整个特定时间间隔内的编码信息，帧包括小于所说特定时间间隔的一第一部分和第二部分，所说第一部分包含有一完全的编码信息信号，所说扩展及成帧装置包括一输入端和一输出端;
控制装置，用以控制所述压缩模式及所述正常模式中的哪一模式在所述扩展及成帧装置中的使用;和
发射装置，用以发射所述扩展及成帧装置的所述编码信息信号。
27、根据权利要求26的装置，其特征在于还包括：
接收无线电频率的装置;
一信息解码器，可操作地连接于所述接收装置，能根据所述压缩模式和所述正常模式进行信息解码;和
可操作地连接于所述信息解码器，用以控制压缩模式和正常模式中的哪一个模在所说信息解码器中的使用的装置。
28、根据权利要求27的装置，其特征在于，所述模式控制装置根据一测定/切换算法以选择一个模式。
29、根据权利要求26的装置，其特征在于，所述装置形成了一移动台的一部分。
30、根据权利要求29的装置，其特征在于，还包括对具有固定扩展比的信道进行解码的装置。
31、根据权利要求26的装置，其特征在于，所述装置是一基站的一部分。
32、根据权利要求28的装置，其特征在于，所述算法的部分实施于一移动台，且所述算法的部分实施于一基站。
33、根据权利要求26的装置，其特征在于，一个所述装置位于一移动台，而所述装置的另一个位于在一基站。
34、根据权利要求26的装置，其特征在于，在帧的第一部分期间供到所说发射装置的功率由所说模式控制装置所控制。
35、根据权利要求27的装置，其特征在于，所说接收装置的帧定时由所述模式控制装置所控制。
36、根据权利要求28的装置，其特征在于，所述接收装置的压缩模式帧的占空比由所述模式控制装置所控制。
37、一种蜂窝状通信中的码分多址方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
施加一个待发射的信息流到较高速率数据信号序列上，以产生一编码信息信号;和
根据含有诸帧的帧结构在一信道上发射所述编码信息信号，每一帧具有一特定的时间间隔，
所述发射步骤包括使用较低的扩展比以发射处于一个压缩模式的所述编码信息信号，其中所述压缩模式帧包括一第一部分和一第二部分，第一部分避所述编码信息信号的全部。
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