CN115173934B - 波束切换方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种波束切换方法和系统，波束切换方法包括：卫星终端向第一卫星发送宽带波束切换请求，所述第一卫星具有第一窄带波束和第一宽带波束；所述第一卫星通过所述第一窄带波束接收来自所述卫星终端的所述宽带波束切换请求；以及在考量所述第一卫星的第一宽带波束是否符合条件的情况下，实现波束切换，在低轨卫星星座系统中，能够实现卫星终端在同一颗卫星的波束间切换以及不同卫星的波束间切换，并且在一定程度上减少了信关站的参与，提高了通信效率，扩展了多个双模卫星组成的星座网络系统的功能，满足双模卫星系统的实际应用需求。

Description

波束切换方法和系统
技术领域
本申请涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种波束切换方法和系统。
背景技术
现有的高中轨道卫星多采用单一波束类型。低通量卫星采用窄带波束，高通量卫星采用宽带波束。以“星链”为代表的低轨卫星也为用户提供了单一的宽带波束。
宽带通信基带载荷本身具有高能耗、组件多的特点。为了在卫星上实现宽带通信，需要增加卫星的体积和重量以适应宽带通信基带，并且将更多的载荷放到卫星上，这会大大增加低轨卫星的建设成本。
另外，低轨通信卫星本身的覆盖时间短、飞行速度快的特点，决定了低轨通信卫星的应用需要大量的卫星组成星座，多颗卫星不间断的接力，实现连续的对地服务。
因此波束切换对于卫星通信格外重要，但现有实际情况对于同时具有宽带波束和窄带波束的卫星的波束切换策略，研究较少，因此涉及同时具有宽带波束和窄带波束的低轨通信卫星的波束切换，也是需要不断探索和改进的。
发明内容
本申请提供了一种波束切换方案，该方案可以实现卫星终端设备在同一颗卫星的波束间移动过程中的波束切换以及卫星终端设备在不同卫星的波束间移动过程中的波束切换。
根据本申请的一个方面，提供一种波束切换方法，所述波束切换方法包括：
卫星终端向第一卫星发送宽带波束切换请求，所述第一卫星具有第一窄带波束和第一宽带波束；
所述第一卫星通过所述第一窄带波束接收来自所述卫星终端的所述宽带波束切换请求；
在所述第一卫星的第一宽带波束符合条件的情况下，所述第一卫星调度覆盖所述卫星终端的目标第一宽带波束，建立所述目标第一宽带波束与所述卫星终端的连接；或
在所述第一卫星中的第一宽带波束均不符合条件的情况下，所述第一卫星发送所述宽带波束切换请求至信关站；
所述信关站搜索符合条件的第二卫星，并将所述第二卫星信息通过所述第一卫星发送至所述卫星终端，所述第二卫星具有第二窄带波束和第二宽带波束，所述第二卫星中的第二宽带波束符合条件；
所述第二卫星调度目标第二宽带波束覆盖所述卫星终端，建立所述目标第二宽带波束与所述卫星终端的连接。
可选地，所述波束切换方法还包括：在所述第一卫星的宽带波束没有成功调度的情况下，所述第一卫星通过所述第一窄带波束保持与所述卫星终端的连接；
所述第一卫星建立定时信息与更新后的波束调度信息，重新启动所述调度覆盖所述卫星终端的宽带波束，建立所述宽带波束与所述卫星终端连接。
可选地，所述通过所述第一窄带波束接收来自所述卫星终端的所述宽带波束切换请求之前还包括：
所述第一卫星通过所述第一窄带波束，接收所述卫星终端注册在所述第一卫星的注册请求；
响应所述注册请求，为所述卫星终端执行注册，并发送注册完成指示。
可选地，建立所述目标第一宽带波束与所述卫星终端的连接后，还包括：
断开所述第一窄带波束与所述卫星终端的连接；
所述建立所述目标第二宽带波束与所述卫星终端的连接后，还包括：
断开所述第一窄带波束与所述卫星终端的连接。
可选地，所述波束切换方法还包括：
建立所述卫星终端与所述第二卫星的所述第二窄带波束的连接。
可选地，所述波束切换方法还包括：所述第一卫星向所述信关站发送测量与更新报告；或所述第二卫星向所述信关站发送测量与更新报告。
根据本申请的另一个方面，提供一种波束切换系统，包括第一卫星、卫星终端，所述第一卫星具有第一窄带波束和第一宽带波束；
所述卫星终端向所述第一卫星发送宽带波束切换请求；
所述第一卫星通过所述第一窄带波束接收来自所述卫星终端的所述宽带波束切换请求；
在所述第一卫星的第一宽带波束符合条件的情况下，所述第一卫星调度覆盖所述卫星终端的目标第一宽带波束，建立所述目标第一宽带波束与所述卫星终端的连接。
可选地，所述系统还包括信关站与第二卫星；
在所述第一卫星中的第一宽带波束均不符合条件的情况下，所述第一卫星发送所述宽带波束切换请求至信关站；
所述信关站搜索符合条件的第二卫星，并将所述第二卫星信息通过所述第一卫星发送至所述卫星终端，所述第二卫星具有第二窄带波束和第二宽带波束，所述第二卫星中的第二宽带波束符合条件；
所述第二卫星调度目标第二宽带波束覆盖所述卫星终端，建立所述目标第二宽带波束与所述卫星终端的连接。
可选地，在所述第一卫星的宽带波束没有成功调度的情况下，所述第一卫星通过所述第一窄带波束保持与所述卫星终端的连接；
所述第一卫星建立定时信息与更新后的波束调度信息，重新启动所述调度覆盖所述卫星终端的宽带波束，建立所述宽带波束与所述卫星终端连接。
可选地，该系统在建立所述目标第一宽带波束与所述卫星终端的连接后，还包括：
所述第一卫星断开所述第一窄带波束与所述卫星终端的连接；
该系统在所述建立所述目标第二宽带波束与所述卫星终端的连接后，还包括：
所述第一卫星断开所述第一窄带波束与所述卫星终端的连接。
根据本申请的波束切换方案，在低轨卫星星座系统中，能够实现卫星终端在同一颗卫星的波束间切换以及不同卫星的波束间切换，并且在一定程度上减少了信关站的参与，提高了通信效率，扩展了多个双模卫星组成的星座网络系统的功能，满足双模卫星系统的实际应用需求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本申请要求保护的范围。
图1是根据本申请实施例的卫星采用多波束设计的系统示意图。
图2是根据本申请一个实施例的波束切换系统的示意图。
图3是根据本申请另一个实施例的波束切换系统的示意图。
图4是根据本申请一个实施例的波束切换方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1是根据本申请实施例的低轨通信卫星采用多波束设计的系统示意图。如图1所示，本申请涉及的低轨通信卫星设置有两种波束：窄带波束和宽带波束，该种类卫星也成为双模卫星。如图示，对于窄带波束通常使用较宽的波束张角，实现更广的星下覆盖。宽带波束通常使用较小的波束张角，实现更高的信噪比，提高通信质量。
如图1所示，低轨通信卫星的一个窄带波束使用较宽的波束张角，可以覆盖N个波位；低轨通信卫星的一个宽带波束使用较小的波束张角，覆盖一部分波位，例如波位10、11、16、17、18、23和24。
图2-4所示本申请的波束切换方法包括：卫星终端向第一卫星发送宽带波束切换请求，所述第一卫星具有第一窄带波束和第一宽带波束；所述第一卫星通过所述第一窄带波束接收来自所述卫星终端的所述宽带波束切换请求；在所述第一卫星的第一宽带波束符合条件的情况下，所述第一卫星调度覆盖所述卫星终端的目标第一宽带波束，建立所述目标第一宽带波束与所述卫星终端的连接；或在所述第一卫星中的第一宽带波束均不符合条件的情况下，所述第一卫星发送所述宽带波束切换请求至信关站；所述信关站搜索符合条件的第二卫星，并将所述第二卫星信息通过所述第一卫星发送至所述卫星终端，所述第二卫星具有第二窄带波束和第二宽带波束，所述第二卫星中的第二宽带波束符合条件；所述第二卫星调度目标第二宽带波束覆盖所述卫星终端，建立所述目标第二宽带波束与所述卫星终端的连接。
如图2和图4所示，根据本申请的实施例，该波束切换由卫星终端发起，进而实现宽带波束的切换。首先，卫星终端要完成在第一卫星上的注册。卫星终端通过第一窄带波束向第一卫星发送注册在第一卫星的注册请求，第一卫星响应该注册请求，为卫星终端执行注册，并发送注册完成指示。在一个实施例中，卫星终端可以向第一卫星发送测量报告，根据该测量报告确定是否需要切换时的参数，如：阈值、强度、位置信息等。当卫星终端与第一卫星完成注册后，第一卫星能够清楚的获悉卫星终端所处的位置，以及在不断通信过程中，第一卫星能获悉卫星终端各个阶段的位置。
如图1、图2和图4所示，由于宽带波束覆盖范围小于窄带波束的覆盖范围，卫星终端在移动的过程中，接收的卫星信号较差或者没有卫星信号时，需要进行宽带波束切换。在这种情况下，卫星终端向第一卫星发送宽带波束切换请求，第一卫星通过第一窄带波束接收来自卫星终端的宽带波束切换请求，在所述第一卫星的第一宽带波束符合条件的情况下，所述第一卫星调度覆盖所述卫星终端的目标第一宽带波束，建立所述目标第一宽带波束与所述卫星终端的连接。“第一卫星的第一宽带波束符合条件”表示第一卫星具有的宽带波束能够覆盖卫星终端所在的位置，“第一目标宽带波束信息”用于向第一卫星指示能够调用哪个宽带波束来覆盖卫星终端。此时，在第一卫星仍有宽带波束能满足卫星终端的通信需求时，不需要信关站参与，第一卫星会根据卫星终端的波束切换请求，匹配满足要求的目标第一宽带波束给卫星终端，进而满足通信需求，而由于没有信关站的参与，减少了卫星终端、卫星与信关站的信号传输，使得延时较短，更利于通信的信息传输。
但当切换过程结束后，所述第一卫星会向信关站发送测量与更新报告，表示已经完成宽带波束的调度，此时需要信关站对卫星状态的时刻掌握，进而使得对卫星的准确控制。
上面描述了成功调度第一卫星的宽带波束的情况下卫星终端、第一卫星和信关站的处理过程。在所述第一卫星的宽带波束没有成功调度的情况下，如满足条件的宽带波束被占用的情况下，第一卫星通过第一窄带波束保持与卫星终端的连接；所述第一卫星建立定时信息并更新波束调度信息，根据定时信息重新启动所述调度覆盖所述卫星终端的宽带波束，建立所述宽带波束与所述卫星终端连接。
在建立所述目标第一宽带波束与所述卫星终端的连接后，断开所述第一窄带波束与所述卫星终端的连接，释放第一卫星的窄带波束资源，以适于其他卫星终端的通信需求。本申请的实施例，提高了通信效率，扩展了多个双模卫星组成的星座网络系统的功能，满足双模卫星系统的实际应用需求。
如图3和4所示，在第一卫星的第一宽带波束不符合条件的情况下，信关站接收该宽带波束切换请求，例如第一卫星的第一宽带波束不能覆盖卫星终端当前所在的位置，信关站发现另一个卫星的宽带波束能够覆盖卫星终端当前所在的位置，则需要另一个卫星的配合来完成波束切换。
对于卫星终端的宽带波束切换请求，在第一卫星的宽带波束均不符合条件的情况下，所述第一卫星发送所述宽带波束切换请求至信关站；所述信关站搜索符合条件的第二卫星，并将所述第二卫星信息通过所述第一卫星发送至所述卫星终端，所述第二卫星具有第二窄带波束和第二宽带波束，所述第二卫星中的第二宽带波束符合条件；所述第二卫星调度目标第二宽带波束覆盖所述卫星终端，建立所述目标第二宽带波束与所述卫星终端的连接。所述第二卫星向所述信关站发送测量与更新报告，将连接信息报告信关站，方便未来信关站的调度。
信关站向第二卫星发送第二波束调度信息，第二波束调度信息包括所述卫星终端的相关信息与目标宽带波束信息；第二卫星接收来自信关站的第二波束调度信息，调度覆盖所述卫星终端的目标第二宽带波束，建立目标第二宽带波束与卫星终端的连接。第二卫星向所述信关站发送测量与更新报告，表示已经完成宽带波束的调度。卫星终端直接完成了宽带波束的切换，此情景下卫星终端可通过信关站完成了在第二卫星上的注册，使得第二卫星与卫星终端可连接通信。在成功完成切换后，卫星终端也会释放第一窄带波束连接。
卫星终端可根据本身通信需求，建立与所述第二卫星的所述第二窄带波束的连接。当然，由于窄带波束的覆盖范围大于宽带波束的覆盖范围，第二卫星必然有符合能覆盖卫星终端的窄带波束。卫星终端还可以通过第二卫星的窄带波束注册在第二卫星上，即卫星上卫星终端响应第一卫星发送的第二卫星信息，通过第二卫星的第二窄带波束发送注册请求；第二卫星响应该注册请求，为卫星终端执行注册，并发送注册完成指示。
上面描述了成功调度第二卫星的宽带波束的情况下卫星终端、第一卫星、第二卫星和信关站的处理过程。在所述第二卫星的宽带波束没有成功调度的情况下，如满足条件的宽带波束被占用的情况下，第二卫星通过需要先保持第二窄带波束与卫星终端的连接；所述第二卫星建立定时信息并更新波束调度信息，根据定时信息重新启动所述调度覆盖所述卫星终端的宽带波束，建立所述第二宽带波束与所述卫星终端连接。
如图2和4所示，根据本申请的另一个方面，提供一种波束切换系统，包括第一卫星、卫星终端，所述第一卫星具有第一窄带波束和第一宽带波束。根据本申请的实施例，该波束切换由卫星终端发起，进而实现宽带波束的切换。首先，卫星终端要完成在第一卫星上的注册。卫星终端通过第一窄带波束向第一卫星发送注册在第一卫星的注册请求，第一卫星响应该注册请求，为卫星终端执行注册，并发送注册完成指示。在一个实施例中，卫星终端可以向第一卫星发送测量报告，根据该测量报告确定是否需要切换时的参数，如：阈值、强度、位置信息等。当卫星终端与第一卫星完成注册后，第一卫星能够清楚的获悉卫星终端所处的位置，以及在不断通信过程中，第一卫星能获悉卫星终端各个阶段的位置。
由于宽带波束覆盖范围小于窄带波束的覆盖范围，卫星终端在移动的过程中，接收的卫星信号较差或者没有卫星信号时，需要进行宽带波束切换。在这种情况下，卫星终端向第一卫星发送宽带波束切换请求，第一卫星通过第一窄带波束接收来自卫星终端的宽带波束切换请求，在所述第一卫星的第一宽带波束符合条件的情况下，所述第一卫星调度覆盖所述卫星终端的目标第一宽带波束，建立所述目标第一宽带波束与所述卫星终端的连接。“第一卫星的第一宽带波束符合条件”表示第一卫星具有的宽带波束能够覆盖卫星终端所在的位置，“第一目标宽带波束信息”用于向第一卫星指示能够调用哪个宽带波束来覆盖卫星终端。此时，在第一卫星仍有宽带波束能满足卫星终端的通信需求时，不需要信关站参与，第一卫星会根据卫星终端的波束切换请求，匹配满足要求的目标第一宽带波束给卫星终端，进而满足通信需求，而由于没有信关站的参与，减少了卫星终端、卫星与信关站的信号传输，使得延时较短，更利于通信的信息传输。
但当切换过程结束后，所述第一卫星会向信关站发送测量与更新报告，表示已经完成宽带波束的调度，此时需要信关站对卫星状态的时刻掌握，进而使得对卫星的准确控制。
上面描述了成功调度第一卫星的宽带波束的情况下卫星终端、第一卫星和信关站的处理过程。在所述第一卫星的宽带波束没有成功调度的情况下，如满足条件的宽带波束被占用的情况下，第一卫星通过第一窄带波束保持与卫星终端的连接；所述第一卫星建立定时信息并更新波束调度信息，根据定时信息重新启动所述调度覆盖所述卫星终端的宽带波束，建立所述宽带波束与所述卫星终端连接。
在建立所述目标第一宽带波束与所述卫星终端的连接后，断开所述第一窄带波束与所述卫星终端的连接，释放第一卫星的窄带波束资源，以适于其他卫星终端的通信需求。
如图3和4所示，所述系统还包括信关站与第二卫星。在第一卫星的第一宽带波束不符合条件的情况下，信关站接收该宽带波束切换请求，例如第一卫星的第一宽带波束不能覆盖卫星终端当前所在的位置，信关站发现另一个卫星的宽带波束能够覆盖卫星终端当前所在的位置，则需要另一个卫星的配合来完成波束切换。
对于卫星终端的宽带波束切换请求，在第一卫星的宽带波束均不符合条件的情况下，所述第一卫星发送所述宽带波束切换请求至信关站；所述信关站搜索符合条件的第二卫星，并将所述第二卫星信息通过所述第一卫星发送至所述卫星终端，所述第二卫星具有第二窄带波束和第二宽带波束，所述第二卫星中的第二宽带波束符合条件；所述第二卫星调度目标第二宽带波束覆盖所述卫星终端，建立所述目标第二宽带波束与所述卫星终端的连接。所述第二卫星向所述信关站发送测量与更新报告，将连接信息报告信关站，方便未来信关站的调度。
信关站向第二卫星发送第二波束调度信息，第二波束调度信息包括所述卫星终端的相关信息与目标宽带波束信息；第二卫星接收来自信关站的第二波束调度信息，调度覆盖所述卫星终端的目标第二宽带波束，建立目标第二宽带波束与卫星终端的连接。第二卫星向所述信关站发送测量与更新报告，表示已经完成宽带波束的调度。卫星终端直接完成了宽带波束的切换，此情景下卫星终端可通过信关站完成了在第二卫星上的注册，使得第二卫星与卫星终端可连接通信。在成功完成切换后，卫星终端也会释放第一窄带波束连接。
卫星终端可根据本身通信需求，建立与所述第二卫星的所述第二窄带波束的连接。当然，由于窄带波束的覆盖范围大于宽带波束的覆盖范围，第二卫星必然有符合能覆盖卫星终端的窄带波束。卫星终端还可以通过第二卫星的窄带波束注册在第二卫星上，即卫星上卫星终端响应第一卫星发送的第二卫星信息，通过第二卫星的第二窄带波束发送注册请求；第二卫星响应该注册请求，为卫星终端执行注册，并发送注册完成指示。
上面描述了成功调度第二卫星的宽带波束的情况下卫星终端、第一卫星、第二卫星和信关站的处理过程。在所述第二卫星的宽带波束没有成功调度的情况下，如满足条件的宽带波束被占用的情况下，第二卫星通过需要先保持第二窄带波束与卫星终端的连接；所述第二卫星建立定时信息并更新波束调度信息，根据定时信息重新启动所述调度覆盖所述卫星终端的宽带波束，建立所述第二宽带波束与所述卫星终端连接。
根据本申请的波束切换方案，能够实现卫星终端在同一颗卫星的波束间切换以及不同卫星的波束间切换，扩展了多个双模卫星组成的星座网络系统的功能，有利于该系统的实际应用。
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (9)

1.一种波束切换方法，其特征在于，所述波束切换方法包括：
卫星终端向第一卫星发送宽带波束切换请求，所述第一卫星具有第一窄带波束和第一宽带波束；
所述第一卫星通过所述第一窄带波束接收来自所述卫星终端的所述宽带波束切换请求；
在所述第一卫星的第一宽带波束能够覆盖所述卫星终端所在的位置的情况下，所述第一卫星调度覆盖所述卫星终端的目标第一宽带波束，建立所述目标第一宽带波束与所述卫星终端的连接；或
在所述第一卫星中的第一宽带波束均不能够覆盖所述卫星终端所在的位置的情况下，所述第一卫星发送所述宽带波束切换请求至信关站；
所述信关站搜索能够覆盖所述卫星终端所在的位置的第二卫星，并将第二卫星信息通过所述第一卫星发送至所述卫星终端，所述第二卫星具有第二窄带波束和第二宽带波束，所述第二卫星中的第二宽带波束能够覆盖所述卫星终端所在的位置；
所述第二卫星调度目标第二宽带波束覆盖所述卫星终端，建立所述目标第二宽带波束与所述卫星终端的连接。
2.如权利要求1所述的波束切换方法，其特征在于，还包括：在所述第一卫星的宽带波束没有成功调度的情况下，所述第一卫星通过所述第一窄带波束保持与所述卫星终端的连接；
所述第一卫星建立定时信息与更新后的波束调度信息，重新启动所述调度覆盖所述卫星终端的宽带波束，建立所述宽带波束与所述卫星终端连接。
3.如权利要求1所述的波束切换方法，其特征在于，所述通过所述第一窄带波束接收来自所述卫星终端的所述宽带波束切换请求之前还包括：
所述第一卫星通过所述第一窄带波束，接收所述卫星终端注册在所述第一卫星的注册请求；
响应所述注册请求，为所述卫星终端执行注册，并发送注册完成指示。
4.如权利要求1所述的波束切换方法，其特征在于，建立所述目标第一宽带波束与所述卫星终端的连接后，还包括：
断开所述第一窄带波束与所述卫星终端的连接；
所述建立所述目标第二宽带波束与所述卫星终端的连接后，还包括：
断开所述第一窄带波束与所述卫星终端的连接。
5.如权利要求4所述的波束切换方法，其特征在于，还包括：
建立所述卫星终端与所述第二卫星的所述第二窄带波束的连接。
6.如权利要求1所述的波束切换方法，其特征在于，还包括：所述第一卫星向所述信关站发送测量与更新报告；或所述第二卫星向所述信关站发送测量与更新报告。
7.一种波束切换系统，包括第一卫星、卫星终端、信关站和第二卫星，所述第一卫星具有第一窄带波束和第一宽带波束，其特征在于：
所述卫星终端向所述第一卫星发送宽带波束切换请求；
所述第一卫星通过所述第一窄带波束接收来自所述卫星终端的所述宽带波束切换请求；
在所述第一卫星的第一宽带波束能够覆盖所述卫星终端所在的位置的情况下，所述第一卫星调度覆盖所述卫星终端的目标第一宽带波束，建立所述目标第一宽带波束与所述卫星终端的连接；
在所述第一卫星中的第一宽带波束均不能够覆盖所述卫星终端所在的位置的情况下，所述第一卫星发送所述宽带波束切换请求至所述信关站；
所述信关站搜索能够覆盖所述卫星终端所在的位置的第二卫星，并将第二卫星信息通过所述第一卫星发送至所述卫星终端，所述第二卫星具有第二窄带波束和第二宽带波束，所述第二卫星中的第二宽带波束能够覆盖所述卫星终端所在的位置；
所述第二卫星调度目标第二宽带波束覆盖所述卫星终端，建立所述目标第二宽带波束与所述卫星终端的连接。
8.如权利要求7所述的波束切换系统，其特征在于：在所述第一卫星的宽带波束没有成功调度的情况下，所述第一卫星通过所述第一窄带波束保持与所述卫星终端的连接；
所述第一卫星建立定时信息与更新后的波束调度信息，重新启动所述调度覆盖所述卫星终端的宽带波束，建立所述宽带波束与所述卫星终端连接。
9.如权利要求7所述的波束切换系统，其特征在于：该系统在建立所述目标第一宽带波束与所述卫星终端的连接后，还包括：
所述第一卫星断开所述第一窄带波束与所述卫星终端的连接；
该系统在所述建立所述目标第二宽带波束与所述卫星终端的连接后，还包括：
所述第一卫星断开所述第一窄带波束与所述卫星终端的连接。
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