CN1177894A - 移动站无线电通信网接口单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种移动无线电通信网接口单元,以便从收到的连续报文起,形成发射信号,每个报文传输至少一个基本信道分组,且该单元还包括多个码调制装置,用来调制由各自的编码序列收到的信道分组。该单元的特征在于,每个报文还传输识别数据和传输信道的TDMA列数据,它还包括:可将至少一种能识别一个码调制装置的发射信道识别指示与每条收到的报文按照上述识别数据和列数据关联的第一关联装置。

Description

移动无线通信网接口单元

本发明一般说来涉及的是一种远距离通信(电信)网络。特别适用于移动站地面通信网络或卫星通信网络。

根据现有技术，在用于与多数用户建立联络的多路入口(多通道)系统中，有三种主要通信传输技术，这些技术被命名为：“时分多址”、“频分多址”和“码分多址(多通道)”。

在这些技术的基础上，通过利用其中一项特定技术或是这些技术的关联，发展了各种类型的网络。例如在ETSI的G.S.M建议书中，描述了一项TDMA/FDMA关联型移动站无线电通信蜂窝网实施技术方案。这些传输技术的关联或某一特定技术的选择，在实施中不仅直接涉及在传输装置的本身即终端和基站，而且直接涉及除基站之外的整个移动网络。因此，根据现有技术，参照传输技术的选择确定大部分基础结构。这种做法对于发展每种类型的网络来说，具有昂贵价格的缺陷，迫使操作人员发展已经选定的每种类型的传输技术。这样必然会使已扩展的每个网络缺少可靠性，也不能很好维护每个网络。

本发明试图补救这一缺陷，提供了一种可再使用现有传输技术网络的大部分基础结构的单元，以便发展使用另一种传输技术的新网络。

基于这种目的，发明了移动无线电通信网接口单元，以便使从已收到的连续报文形成要发射的信号，上述连续报文的每条报文至少传输一个基本信道分组，上述单元还包括，许多用于调制根据编码序列分别收到的信道分组的码调制装置，其特点是每条报文传输信道TDMA信道位序识别数据，上述接口单元包括：按照上述识别数据，使至少一个识别码调制装置中至少一个的发射信道识别指示与每条报文相关联的第一装置，和在根据发射信道识别指示、路由一条报文中的所述至少一个信道分组到所述码调制装置中的一个的第二装置。

如果是CDMA/TDMA组合的发射方式，第一关联装置根据识别数据，使一个时隙号(it1-it4)，一个由在帧中的时隙号和一个编码序列确定的CDMA/TDMA型发射信道与收到的每个报文关联。

根据一种实施方式，规定第一关联装置可使至少两种不同的发射信道的识别指示分别与同一信道的两种不同的信道分组关联，这两条识别指示可识别同一个时隙位序和两个各自不同的编码序列。

在接收方面，转换单元从收到的信号形成报文，收到的信号进行码调制，其特点是它包括，许多用于解调通过各自的编码序列收到的信号中的信道报文分组的码解调装置，和根据与上述第一关联装置相反的方式，使TDMA信道号数据、使用编码序列与每个码解调信道报文分组关联的第二装置，和形成一种包括上述信道报文分组和上述TDMA信道号数据的装置。

根据一种有利的实施方式，接收的连续数据报文是来自G.S.M.型网络的基站控制器，以便用码分多址方式发射。

另外还规定第一装置根据发射机/接收机(GSM中简称TRX)的识别指示，至少使发射信道识别指示与收到的每个报文关联。

本发明的其它特点和益处，将参照相应的附图在下列说明书中进行清楚地描述。在这些附图中：

图1表示实施本发明的移动电信网示意图；

图2是形成图1中部分网络的基站方框图；

图3是根据本发明的路由单元的详细方框图；

图4A和图4B形成了包括在基站中的发射调制电路的详细整体方框图；

图5和图6构成包括在基站中的接收解调电路的详细整体方框图；

图7是通过图1网络建立呼叫的终端总方框图；

图8是包括在图7中终端的接收单元的详细方框图；

图9是包括在图8接收单元中CDMA解调电路的详细方框图；

图10是包括在图7终端中发射单元的详细方框图解；

图11是每个包括在图10发射单元中CDMA调制电路的详细方框图；

图12表示GSM帧的图形；

图13A是由用GSM帧形成的各自的正交序列调制的帧示意图；

图13B是通过同一序列调制的许多连续帧形成的一个超帧的示意图；

图14是GSM型网络的Abis接口报文格式示意图。

根据图1中的一种实施方式，本发明实施的移动站无线电网基础结构一方面包括，移动服务交换中心(MSC)1，通过PCM与公共交换电话网RTC基站控制器连接，和这里假定是GSM型基站控制器2a，2b，另一方面与基站3，4相连。移动站负责在一定区域内路由来自和发向移动站的呼叫，与移动站连接的基站控制器2a和2b，是局部通信交换机，保证对一个或多个基站3、4控制作用。基站3，4处理向/来自移动站6，7的无线电通信的发射/接收。基站与移动站之间的无线电通信可在地面网中或通过通信卫星5，在卫星网中直接进行。在米歇尔Mouly和码丽-Bernadette PAUTET所著的1992版的“移动站通信GSM系统”著作中，以及在ETSI有关GSM建议书中，提供了大量关于GSM网络的情报。

本发明提议使用至少部分CDMA运行方式的基站3，4，其余基础结构、即基站控制器2a，2b和成功地采用现有网络设施如GSM的移动服务交换中心1。

参照图2，实施本发明的基站3，4包括一个报文形成和路由单元38、发射子系统36，接收子系统36’和天线37。发射子系统36的输出端与接收子系统36’的输入端连接到天线37上。

发射子系统36包括M个发射队列30-1至30-M，其输出分别接至M个码调制单元32-1至32-M的输入。M个码调制单元32-1至32-M的输出端分别接至无线电发射单元34的输入端。接收子系统36’包括一个无线电接收单元35，其一个输出端接至M个码解调单元33-1至33-M和M个接收队列31-1至31-M，其输入端分别接收M个码解调单元33-1至33-M输出端。

报文形成与分路单元38一方面通过第一总线B₁分别与队列30-1至30-M的M个输入端连接，另一方面通过第二总线B₂分别与M个队列输出端30-1至30-M连接。在这里提供单元38是为了使GSM型基站控制器2a，2b与发射与至少部分地是按CDMAI作的接收单元36，36’连接或接口；因此通过G.S.M基站控制器和G.S.M.基站之间的Abis接口局限于在G.S.M水平上。

如图14中所示，Abis接口为通过基站控制器2a，2b传输和接收的报文确定一种专门报文格式。每个报文与一个特定的信道或子信道有关，该信道或分信道具有许多字段，其中一个是识别传输信道类型的字段，“CH.type”，一个识别传输这一信道的TDMA帧中时隙号“TS-n°”，可用时是信道内部分子信道号“SC-n°”，和最后一个所需数据字段“DATA”。识别将一给定报文传送到的一基站内的一个接收机/发射机的一个特定指示“TRX”在OSI的OSI建议的链路层上传输。在1992年版.米歇尔Mouly和码丽-Bernadette PAUTET的“移动站通信GSM系统”的第212页上给出了TRX的定义。

如图12中所示，在G.S.M中，数据无线电传输媒体的基本结构被称为“帧”。通过8个复用的(multiplexed)时隙IT0-IT7定义这样一个帧，它们以与帧相同的周期重复。每个时隙用于传输一个信道或多个分信道。在G.S.M系统中，有四种不同类型的信道，即传输信道(TCH古英文文献中是Traffic CHannel)，专用控制信道(DCCH古英文是DedicatedControl Channel)，共用控制信道(CCCH英文是Common ContralChannel)和传播控制信道(BCCH英文是Broadcast ControlChannel)。某些信道如专用控制信道DCCH和广播控制信道BCCH分别具有分信道，例如DCCH信道的分信道SACCH(Slow AssociatedControl Channel)和BCCH信道的分信道SCH(SynchronisationChannel)。在脉冲串中在时隙内和在时隙的部分中，为形成信道和分信道的数据在G.S.M系统中，用一种极特别的形式、超级帧、超大级帧等定义。

如图3中所示，接收图13中格式的报文的单元38包括一个分路电路380，一个关联表382和一个报文形成电路381。分路电路380输出母线B1有M根接线分别接至队列输入端32-1至32-M。从基站控制器接收到的报文MES接至分路电路输入端。路由单元380相应地将某一个或多个包括在报文MES中的所需数据DATA分组路由到按关联表382中与以下报文关联的队列单元30-1至30-M的那一个：

(a)在传输这一信道的帧中的时隙号“TS-n°”或可能是信道内分信道号“SCn°”，这些均是报文MES载有的，也可是，

(b)TRX识别指示，通过MES报文交换协议的链路层承载。

当基站3，4以CDMA/TDMA组合方式运转的情况下，根据下述实施例，关联表382可将识别一给定码调制器的队列号，帧中的时隙号与上述信息关联。在这种情况下，路由单元与帧和帧中的时隙出现的频率同步，以便在与帧中时隙出现时间同步的时刻传输队列30-1至30-M中的数据分组。

而且有利地是，出于将要解释的原因，关联表将一个给定队列与任何报文关联，该报文的字段“CH.TYPE”识别独立于时隙号字段内的信息的一种BCCH或CCCH信道。另一方面，同是这种关联表可将第三个队列与任何报文关联，该报文的字段“CH TYPE”识别TCH信道且字段“TSn°”识别第七个时隙IT7。

实际上，正如这些现在更详细描述的那样，在字段“TSn°”、“SCn°”、“CH，TYPE”和“TRX”承载的信息与队列30-1至30-M之间的这种关联要取决于通过发射子系统36分配的发射资源。因此例如在该子系统以CDMA方式运行的情况下，一不同的PN序列与每个信道关联，总容量将等于PN序列数乘以每个信道基带位速率(由分别的FPN序列调制每个信道)。另一例子是该子系统以CDMA/TDMA组合式运行，根据这种情况，将使许多正交序列中的一个序列和一个帧时隙与每个信道关联，总容量将等于由正交序列调制的信道基带位速率(每帧占一个时隙)乘以序列号并乘以帧中的时隙号。在受传输全部功率与由发射子系统提供的发射源应有一致性，并且单元38通过将发射信道识别指示与接收到的报文MES中传输的信息预先关联，向一个特定的通信资源路由每个信道。

所以，这种关联作用通过关联表382用以下方式提供：

在CDMA方式，(TS-n°，SCn°，TRX)或(“CH TYPE”，TS-n°，SCn°，TRX)→(PN)，这里PN是指PN序列；

在CDMA方式，(TS-n°，SCn°，TRX)或(TS-n°，SCn°，TRX，“CH TYPE”)→(Hm)，这里Hm是指多个正交序列之一，作为美国专利中-US-A-5103 459所描述类型的方案；

或：

在TDMA/CDMA方式(TS-n°，SCn°，TRX)或(TS-n°，SCn°，“CH TYPE”)→(Hm，ITj)Hm是指多个正交序列之一，ITj是指提供的时隙，作为下列优选实施例中描述的方案。

在关联表382中存储的关联数据，用于为移动站分配信道。因此，由基础结构分配的GSM信道可译成CDMA信道。承载这种CDMA信道识别指示的报文，当为移动站这个分配信道时，将被发送到该移动站。

如图4A中所示，在所描述实施例中，每个调制器32-m，m在1-M之间，包括级联的卷积编码电路320，交织电路321，QPSK相调制电路322，以及在两个并行通道的每个通道上的两个乘法器，323和325在两个通道的一个324和326在两个通道的另一个。编码电路是一个如限制长度K＝7，比率r＝1/2的Viterbi型的卷积编码器。其作用是提供保证链路质量的编码。这种编码电路已被专业人员熟知。来自队列30-m的基带数据分组由调制电路32-m进行码调制，然后由321电路交织。所得交织信号通过电路322进行QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)相调制。电路322产生两个分别各施加给两个乘法器323，325和相关信道的324，326的相位正交信号分量。

在所描述的实施例中，网络运行是这样的：向网孔(地面网)或束(卫星网)内发射的所有信号使用一个同样的PN(准噪声)序列，不同于相邻小区或束所使用的PN序列。在一个小区内部，发向一个台(如特殊终端)的一信号，要由与用于同一小区或束中其它站的信号的序列正交的特殊序列进行编码。

PN序列由相同的伪随机序列组成，这些序列根据不同的地面网，它们之间有补偿地变化。正交序列是Walsh函数，用“哈达玛序列”术语同样被认同。哈达玛序列是从M阶的哈达玛矩阵获得的，M是2的幂，如： $H\left(M\right)=\left[\begin{array}{cc}H(M/2)& H(M/2)\\ H(M/2)& -H(M/2)\end{array}\right],$ 取 $H\left(2\right)=\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right]$

一个哈达玛序列，m在1和M中，是哈达玛矩阵的一个相应行M。所以M列哈达玛矩阵包括M序列，每个序列有M比特的长度。M阶哈达玛序列拥有的特征是在M符号的时隙上，不同序列没有任何关联，这些不同的序列只是暂时对准。这是由于每个序列在一半比特组成上不同于其它序列。

回到图4A中的调制器32-m，两种QPSK调制相位正交分量全都是用m阶的哈达玛  Hm序列和与基站3，4关联的PN序列进行相乘，以便产生Im和Qm两种码调制的相位正交信号。如图4B中所示，在无线电发射单元34中，这些不同的相位正交信号Im和Qm，m在1与M之间，来自于不同的码调制器32-1至32-M，由加法器340，341和342相加。产生的相加信号在用放大器344放大以便通过天线37发射之前，先用发射载波PE调制。

通过天线37发射的这种信号如图13中所示。例如它使用具有四个以帧频率重复的4个时隙it1-it4的基本帧图形结构。提供一帧信号与相应的哈达玛序列Hm关联，m在1和64之间，选择的哈达玛M阶短阵例如是M等于64。这里描述的并通过一个时隙itj，j在1至4中，和通过一个哈达玛序列Hm确定的网络中发射信道的内容，特殊情况除外，与GSM中TDMA信道对应。最有利的方式是，BCCH通信是通过与提供的哈达玛序列如HO相关联的信道进行传输。所以关联表382实现这种对应。在GSM中，由路由单元38收到的全速率通信信道TCH/F是这样进行的，在有8个时隙的每个连续帧GSM中占据同一同一号的时隙。在授予Alcatel N.V.的美国专利US-A-5 373 502中，对于这些TCH/F信道，对于两交替时隙，关联表最好将一个由如图13所示的帧的时隙itj和一个哈达玛序列Hm定义的一个信道与一个时隙关联，而将由同一帧的时隙而不同于Hm的另一哈达玛序列Hm’定义的一个信道与另一个时隙关联。这样通过远程台站接收的TCH/F信道，根据两种不同的哈达玛序列，但在同一时隙内进行50％编码。

如图13B中所示，图13A中所示的基本帧结构属于由N个基本帧构成的超帧结构，这些帧的(N-1)个传输GSM信道内容，而一个帧传输同步数据PN。需要注意的是CDMA型信道或由GSM信道关联表关联的CDMA/TDMA信道可以是任何一个，除非涉及一些必须用同一哈达玛序列调制的BCCH和CCCH信令信道。同样有利的是，全速率通信信道的交替时隙，使用同一发射时隙在两个哈达玛序列之间被划分。

如图13B中所示，每个哈达玛序列的帧在超帧ST中被关联，超帧ST包括K个基帧，K是一个整数。这些超帧确定周期性信道分布结构。而且每个超帧ST包括一个捕获序列SS。在产生每个超帧的一定时间内发射一次捕获序列SS。它由只是接收PN码调制而不是哈达玛序列调制的每个调制器32-1至32-M进行发射。由此导致，远程接收站在与序列SS一致的时隙中将收到这种序列SS，其功率高于实施例中由哈达玛序列的时隙确定的发射信道正常接收的功率M倍。

这样产生的超帧由如图7中所示的终端一接收站6接收。终端6包括一个与天线连接的收发转换开关61，其一个输入与一个发射单元62的输出相连，其一个输出接至一个接收单元63的输入。接收站还包括一个中央单元单元64。

参照图8，终端6，7的接收单元63包括一个RF放大器630，一个乘法器631，一个载波发生器632，一个带通滤波器633，一个IF放大器634，一个模/数转换器635，三个码解调单元65a至65c和一个多路分解时延电路636。通过天线37用站2a，2b发射的发射载波波调制的相加信号是由终端6的天线60接收。接收的这种调制相加信号由放大器630RF放大，然后用发生器632产生的解调载波解调，在滤波器633中进行带通滤波，在放大器634中进行IF放大，然后由转换器635转换成数字相加信号。

这种数字相加信号并行接至码解调单元65a至65c的三个相应输入端。如图9所示，每个码解调单元包括一个PN/QPSK相关器651，一个相位检测器652，一个卷积解码器653，一个PN序列发生器655。一个哈达玛序列发生器656，和一个乘法器654。相关器651的一个输入端接收来自转换器635的数字相加信号，相关器651的另一输入端接收分别由发生器655和656产生的PN和哈达玛序列相秉的信号。相关器产生两个用于相位检测器652输入端的相位正交信号，相位检测器652的输出端与卷积解码器653的输入端相连接，确保用viterbi编码进行trellis解码。

捕获序列SS被接收并通过其功率等于M倍的孤立信道如通信信道的功率的PN序列编码。当终端初始化时，码解调65a中哈达玛序列发生器656产生的所有位都有“1”的哈达玛序列。这样可使相关器被哈达玛Hm调制，获得PN同步。这种PN同步是借助相关器651获得。

PN同步捕获完成后，码解调器65a中哈达玛序列发生器656被命令以便产生一种预定的哈达玛序列。这种预定哈达玛序列是如H0的BCCH和CCCH信道码调制序列。由此导致，在输出端通过码解调产生例如各种信息，这些不同报文在那些接至中央单元64的输入端的PCH，SCH和FCH公用信道中传输。根据这些信息，中央机64保证发生器632的频率校正的时间(TCH)和频率同步(FCH)与进入呼叫检测。对移动站呼叫PCH信道承载的报文内容进行改变，以便使其包括除移动站的地址外，由哈达玛序列和在帧时分间隔it1至it4的时分间隔号确定的信道，它传输要建立的通信以及关联信令。

因此，中央机64通过控制信号CO控制发射机和接收机62，63，使由PCH信道识别的时分间隔号和哈达玛序列与通话接收和发射同步。两个或两个中的一种码解调器65b和65c对收到的通信进行码解调。当使用在美国专利US-A-5373502中所描述的方案时，要使用两单元。在这种情况下，在电路636中将合成分别在两个码解调器65b，65c输出端产生的信号，以便产生重新构成基带原始信号的单一信号Sout。

参照图10，图11，终端6、7的发射单元包括一个路由电路620，两个队列621a，621b，两个调制单元66a和66b，一个加法器622，一个乘法器623和一个RF放大器624。由于使用US-A-5373502美国专利中描述的方案，导致使用两个队列621a和621b与关联调制单元66a和66b。路由单元620根据传输信息的信道，将信令SIG和基带信号发向适当的队列。将这些信息编码660，交织661，QPSK相位调制662，然后进行PN序列663-665调制和哈达玛序列调制666-668。两个调制单元中(66a，66b)产生的哈达玛序列是有区别的。来自两个调制单元66a，66b的码调制信号由加法器662相加，相加信号为了经天线转换开关和终端6、7的天线由放大器624放大之前，用发射载波调制。

回到图2中并参照图3、图5和图6，现在描述小区或束的不同移动站6、7的发射信号在基站接收运行情况、先强调移动站根据在G.S.M.称之为“时间提前”的发射时间调整程序使发射同步。为此，在建立通信之前，一个移动站初始化在有关它从基站收到的同步的RACH信道上的发射。这种发射可使基站测量移动站至基站的传播时间两次。在回答信号方面，基站向移动站分配SACCH信道，在此信道中传输了与这个认为是基站的时钟相比，移动站应给予其时钟的时间超前信息，致使由移动站发射的以后的数据与帧数据的时隙一致。时间超前信息在本实施中将应拥有远远高于G.S.M的准确性以用于CDMA调制。出于这种目的，高于在GSM中确定的位的数量将用于SACCH信道。

基站按照非常好的同步的时隙接收如图14中所示那样用哈达玛序列调制的不同信道。

如图6中所示，这些不同信号由一个放大器350RF放大，由一个发生器352产生的解码载波进行解码，由一个带通353滤波器滤波，进行由AF放大器354放大，最后进行模数转换355。来自模数转换器355的复合信号接至码解调器33-1至33-M各自输入端。每个码解调器33-m，m在1至M之间，包括级联着的一个相关器QPSK/PN330，一个快速哈达玛变换Hm和卷积解码器332。快速哈达玛变换运行是为了Hm序列。在码解调码器33-m中的卷积解码332的输出端，产生与哈达玛序列Hm，(如图13A中，m包括在1至M等于64之间)对应的基带信号。

在路由和报文形成单元38中，报文形成电路381在总线B2上通过各自的队列31-1到31-M接收不同的基带信号。电路38与帧和时隙周期同步，并将按照GSM格式TRX发射/接收机识别的TDMA信道识别和号数据与来自每个码解调器的信道分组关联。

这样，作为例子，从第m＝第6队列收到的号j＝2的任何时隙itj将与一个识别一种TCH信道的字段“CH.TYPE”，和一个识别第7时隙IT7的“TSn°”号字段关联。所以报文形成电路形成包括在被考虑的时隙中传输的数据分组和TDMA信道识别与号报文。这些报文被发送到基站2a，2b的控制器。

通常，在接收方面，根据与发射关联方式相反的关联方法关联。这样，接收部分，关联表确定的关联功能由下列提供：

在CDMA方式(PN)→(CH.TYPE，TS-n°，SCn°，TRX)，这里PN是指美国专利US-A-4901307中描述的一种类型的方案的PN特殊序列；

或在CDMA方式，(Hm)→(CH.TYPE，TS-n°，SCn°，TRX)，这里Hm是指美国专利US-A-5103 459中描述的方案的正交序列之中的一种序列；

或在TDMA/CDMA关联方式(Hm，Itj)→(CH.TYPE，TS-n°，SCn°，TRX)，这里Hm是指上述优选实施例中描述的一种类型的方案的一种正交序列而ITi是指一给定的时隙。

Claims (9)

1、移动无线电通信网接口单元，从收到的连续报文(MES)形成发射信号，上述每个连续报文(MES)传输至少一个基本信道分组(DATA)，上述单元还包括许多码调制装置(32-1…32-M)，调制由各自的编码序列(PN；Hm)收到的信道分组，

其特征是：每个报文还传输识别被传输信道的TDMA信道号的数据(TSn°，SCn°)，上述单元包括：

第一装置(382)，将至少一个可识别一个码调制装置(32-1…32-M)的发射信道识别，按照上述识别数据，与每条接收到的报文关联，

还包括装置(380)，以便将某一报文内的至少一个信道分组，根据所述至少一个发射信道识别指示，路由到一个码调制装置(32-1…32-M)。

2、根据权利要求1所述的单元，其中，上述第一关联装置根据上述识别数据将一个时隙(it1至it4)号与每个接收到的报文关联，编码序列(Hm)中的时隙号确定的CDMA/TDMA型。

3、根据权利要求2所述的单元，其中，上述第一关联装置将至少两个不同发射信道的识别指示分别与至少两个同一信道的不同信道分组关联，上述两识别指示可识别同一时隙号和两个各自不同的编码序列。

4、根据权利要求1，2或3所述单元，为了从接收到的码调制信号形成报文，包括：许多码调制装置(33-1…33-M)，用来解调由各自的编码序列接收到的信号中的信道分组；和第二装置(382)，根据与上述第一装置相反的方式，将TDMA信道号数据数据(TSn°，SCn°)与由编码序列进行码调制的每个信道分组关联；以及可包含上述信道分组(DATA)和上述TDMA信道号数据在内的报文形成装置(381)。

5、根据权利要求1至4中任意一项所述的单元，其中，上述连续数据的报文是从一个G.S.M型或DCS 1800型网络的基站控制器(2a，2b)中接收到的，以便按码分多址方式发射。

6、根据权利要求5所述的单元，其中，上述第一装置将至少一种发射信道识别指示，根据发射机/接收机(TRX)识别指示，与每个接收到的报文关联。

7、根据权利要求5或6所述的单元，其中，上述关联设备将同一编码序列(Hm)与上述公用信道(BCCH，CCCH)进行系统地关联。

8、根据上述权利要求中任意一项所述单元，其中，上述编码序列(Hm)是PN序列。

9、根据权利要求1至7中任意一项所述的单元，其中，上述编码序列(Hm)是哈达玛序列。

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