CN1731773A - 用于为软决策解码器调整输入范围的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于在移动通信系统中根据输入比特值来调整所希望的表示部分的装置和方法，其中，仅表示已定义的部分输入比特值，以便使输出比特数小于输入比特数，并且将包括在未表示部分中的比特值映射到特定值。在该装置和方法中，测量器将可能的输出比特值划分为至少三个部分，并在预定时间内测量各个部分的输出比特的输出频率。当特定部分的输出频率大于其它部分的输出频率时，控制器调整所希望的表示部分。

Description

用于为软决策解码器调整输入范围的装置和方法
技术领域
本发明一般涉及一种移动通信系统中的解码器。特别是，本发明涉及一种用于为了改善软决策解码器的性能而调整输入解码器的数据输入范围的装置和方法。
背景技术
移动通信系统无线地发送/接收数据。然而，因为在移动通信系统中数据被无线地发送/接收，所以对于接收机来说很难准确地接收从发射机发送的数据。为了解决这个问题，发射机在发射之前要编码传输数据，而接收机要解码已编码的数据以接收原始数据。
图1是示出了在移动通信系统中一般收发信机的方框图。将参考图1描述移动通信系统中收发信机的结构。
参考图1，在发射机中，包括二进制信号的输入比特被输入到编码器100中。编码器100编码该输入比特，并且将已编码的比特流输出到匹配器102。该匹配器102考虑在无线电帧上发送的输出比特数，对串行编码比特流执行速率匹配，并且将经速率匹配的比特流传递到交织器104。交织器104对经速率匹配的比特流执行交织，使得已编码比特流能够健壮(robust)地抵制脉冲串差错，并将已交织的比特流输出到调制器106。调制器106根据符号映射星座对已交织的比特流进行符号映射。调制器106支持四相移键控(QPSK)、8相移键控(8PSK)、16正交幅度调制(16QAM)和64QAM作为其调制方案。根据调制方案来限定构成符号的比特数。一个符号包括：对于QPSK调制为2个比特，对于8PSK调制为3个比特，对于16QAM调制为4个比特，以及对于64QAM调制为6个比特。从调制器106输出的已调符号经由发射天线108被发射。
在接收机中，通过接收天线110来接收经由发射天线108发射的符号。通过接收天线110接收的符号被输入到解调器112。解调器112与调制器106具有相同的符号映射星座，并根据符号映射星座将所接收的符号转换为二进制比特流。也就是说，解调方案是由调制方案来确定的。由解调器112解调的二进制比特流被传递到去交织器114。去交织器114根据与交织器104的交织方案相同的方案来对已解调的二进制比特流执行去交织，并且将已经去交织的二进制比特流输出到去匹配器(dematcher)116。当匹配器102执行比特重复时，去匹配器116删除重复的比特，而在匹配器102执行穿孔(puncture)时再现被穿孔的比特，并且将所得比特流输出到解码器118。解码器118将经过速率去匹配的二进制比特流解码为二进制比特。
图2是示出使用维特比(Viterbi)解码器的一般接收机的方框图。图2的接收机是通过将范围调整器206加到图1的接收机而形成的。下面将描述范围调整器。一般来说，从解调器200输出的一个调制符号包括10个比特或者更少。这里，解码器208可以估计来自发射机的具有少于10个比特的信号。一般来说，解码器208仅利用3比特或4比特信息就可以正确地估计来自发射机的信号。当输入到解码器208(或者从范围调整器206输出)的比特数为3时，存在8种可能的表示。当输入到解码器208的比特数为4时，存在16种可能的表示。表1示出了在输入到解码器208的比特数为3的情况下可能的表示。
表1
  输入到解码器的比特   十进制表示
  100   -4
  101   -3
  110   -2
  111   -1
  000    0
  001    1
  010    2
  011    3
表2示出了在输入到解码器208的比特数为4的情况下可能的表示。
表2
  输入到解码器的比特   十进制表示
  1000   -8
  1001   -7
  1010   -6
  1011   -5
  1100   -4
  1101   -3
  1110   -2
  1111   -1
  0000    0
  0001    1
  0010    2
  0011    3
  0100    4
  0101    5
  0110    6
  0111    7
根据表1，8种可能的表示包括-4到3，而根据表2，16种可能的表示包括-8到7。范围调整器206具有调整传送到解码器208的一个符号的表示形式的功能。现在，就对范围调整器206调整一个符号的表示形式的原因进行描述。
如上所述，被传送到范围调整器206的一个符号的二进制比特流一般包括大约10个比特，而从范围调整器206输出的一个符号的二进制比特流一般包括3个或4个比特。因此，在输入比特值中不能用3或4个比特表示的值应该被映射为能够用3或4个比特表示的值。表3示出了在输入到范围调整器206的比特数为6而从范围调整器206输出的比特数为4的情况下可能的表示。
表3
输入比特   输入比特的十进制表示 输出比特   输出比特的十进制表示
  100000   -32   1000   -8
  100001   -31   1000   -8
    …   …   …   …
  111000   -8   1000   -8
  111001   -7   1001   -7
  …   …   …   …
  000000   0   0000   0
  …   …   …   …
  000110   6   0110   6
  000111   7   0111   7
  …   …   …   …
  011110   30   0111   7
  011111   31   0111   7
如表3中所示，不能以输出比特来表示的值被映射到能够用输出比特表示的值中的最小值和最大值。也就是说，根据表3，当输入比特值小于-8时，用-8(1000)来表示输出比特值，而当输入比特值大于7时，用于7(0111)来表示输出比特值。
然而，当可以表示尽可能多的输入值时，软决策解码器可以获得其最佳的性能。也就是说，当输入所有的输入比特包括-32(100000)和31(011111)时，软决策解码器可以进行更加准确的解码。因此，有必要利用4个输出比特来表示甚至可以用6个输入比特表示的可能的最大值。
在传统的方法中，范围调整器的调整常数“k”被设置为一个固定值，使得可以表示尽可能多的输入到软决策解码器中的值，或者可以根据一个算术平均值来调整该调整常数“k”。然而，当范围调整器使用一个固定值时，就不能有效地表示其输入值。参考表3，与其它的值相比较，当输入到范围调制器中的值中小于-8的值和大于7的值被更频繁地输入到范围调制器中时，就有必要详细地表示小于-8的值和大于7的值。例如，应当提供一种能够区分-10和-23的方法。然而，当调整常数固定时，没有办法来区分-10和-23。因此，当调整常数具有固定值时，范围调整器就不能根据输入比特值进行灵活地操作。
同样，当范围调整器根据算术平均值来调整被传送到解码器的比特数时，其具有下面的缺点。范围调整器在预定的时间内对其输出比特值求算术平均。当算术平均值接近于-8或7时，对调整常数进行调整，而甚至当算术平均值接近于0时，也调整该调整常数。然而，算术平均输出比特值的操作导致存储量、计算和复杂性的增加。例如，当输出比特数是4时，为了对输出比特执行128次算术计算(求和)，需要9个比特的存储器，增加了复杂性。另外，为了增加算术平均值的准确性，有必要使用通过长时间执行算术平均计算而获得的值。然而，存储量与对输出比特的计算次数成比例地增加，导致增加电路的复杂性。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种根据范围调整器的输入比特值来调整输出比特数(或者输入数据的范围)的装置和方法。
本发明的另一个目的是提供一种用于调整输出比特数而不增加存储量的装置和方法。
本发明的另一个目的是提供一种用于调整输出比特数而不增加电路复杂性的装置和方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于在移动通信系统中根据输入比特值来调整所希望的表示部分的方法，其中，仅表示已定义的部分输入比特值，以便使输出比特数小于输入比特数，并且将包括在未表示部分中的比特值映射到特定值。该方法包括以下步骤：将可能的输出比特值划分为至少三个部分，并在预定时间内，测量各个部分的输出比特的输出频率；以及当特定部分的输出频率大于其它部分的输出频率时，调整所希望的表示部分。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于在移动通信系统中根据输入比特值来调整所希望的表示部分的装置，其中，仅表示已定义的部分输入比特值，以便使输出比特数小于输入比特数，并且将包括在未表示部分中的比特值映射到特定值。该装置包括：测量器，用于将可能的输出比特值划分为至少三个部分，并在预定时间内测量各个部分的输出比特的输出频率；以及控制器，用于当特定部分的输出频率大于其它部分的输出频率时，调整所希望的表示部分。
附图简述
从下面结合附图进行的详细描述中，本发明的上述和其它目的，特征和优点将变得更加显而易见，其中：
图1是示出移动通信系统中的传统的收发信机的方框图；
图2是示出移动通信系统中具有范围调整器的传统接收机的方框图；
图3是示出根据本发明的实施例的范围调整器及其用于控制该范围调整器的相关元件的方框图；
图4是示出图3的范围调整器调整输入范围之前的输入范围的图；
图5是示出图3的范围调整器调整输入范围之后的输入范围的图；以及
图6是示出在根据本发明实施例的接收机中执行的操作的流程图。
具体实施方式
下面将参考附图详细地描述本发明的实施例。在下面的描述中，为了简明起见，将省略对在此引入的熟知功能和配置的详细描述。
图3是示出根据本发明的实施例的范围调整器及其用于执行范围调整的相关元件的方框图。图3中示出的结构包括范围调整器304、测量器302以及控制器300。控制器300除了对范围调整器304进行控制操作之外，还可以对接收机中的其它元件执行控制操作。现在将详细地描述由图3中示出的元件所执行的操作。
范围调整器304根据从控制器300提供的控制信号来调整输入信号的表示范围。参考图3，输入到范围调整器304的比特数为“x”，而从范围调整器304输出的比特数为“y”。当然，在x值大于y值时，执行根据本发明实施例的操作。当x值等于y值时，没有必要执行根据本发明实施例的操作，因为范围调整器304照原样输出了该输入比特值。范围调整器304考虑现有的输出比特数，根据从控制器300提供的调整常数“k”来重置所希望的表示范围。等式(1)示出了范围调制器304的输入值和输出值之间的关系。
y＝x/2k    (1)其中，y表示从范围调整器304输出的输出值，x表示对范围调整器304的输入值，而k表示调整常数，且如上所述该常数k是由控制器300提供的。
现在将详细地描述当根据k来改变可以表示的输入值时所执行的操作。在下面的描述中，以十进制数字来表示x和y的比特值。如果对范围调整器304的输入比特数是8，则x值在-128到127之间。如果从范围调整器304输出的比特数是4，则y值在-8到7之间。表4示出了对于k＝1时，在范围调整器304中的一种可能的表示范围。
表4
  x值   y值
  -16及以下   -8
  -15，-14   -7
  -13，-12   -6
  -11，-10   -5
  -9，-8   -4
  -7，-6   -3
  -5，-4   -2
  -3，-2   -1
  -1，0，1    0
   2，3    1
   4，5    2
   6，7    3
   8，9    4
   10，11    5
   12，13    6
   14及以上    7
根据表4，范围调整器304的x值可以正确地表示-16到14之间的范围。也就是说，范围调整器304不能够正确地表示小于-16的x值和大于14的x值。根据表4，小于-16的x值表示为-8，而大于14的x值表示为7。表5示出了在k＝2时，在范围调整器304中可能的表示范围。
表5
  x值   y值
  -32及以下   -8
  -31，-30，-29，-28   -7
  -27，-26，-25，-24   -6
  -23，-22，-21，-20   -5
  -19，-18，-17，-16   -4
  -15，-14，-13，-12   -3
  -11，-10，-9，-8   -2
 -7，-6，-5，-4  -1
 -3，-2，-1，0，1，2，3   0
  4，5，6，7   1
  8，9，10，11   2
  12，13，14，15   3
  16，17，18，19   4
  20，21，22，23   5
  24，25，26，27   6
  28及以上   7
根据表5，范围调整器304的x值可以正确地表示-32到28之间的范围。也就是说，范围调整器304不能够正确地表示小于-32的x值和大于28的x值。根据表5，小于-32的x值表示为-8，而大于28的x值表示为7。如表4和表5中所示，通过调整调整常数k来改变x的可能表示范围。
测量器302测量范围调整器304的输出值。测量器302可以测量范围调整器304的每个可能的输出值。作为选择，测量器302可以将范围调整器304可能输出值划分为至少3个部分，而且可以测量每个部分中包括的值。例如，如果可能的输出值数是8并且被划分为4个部分，则每个部分可以包括2个值。当然，包括在每个部分中的这两个值彼此相邻。现在将详细地描述将可能的输出值划分为至少3个部分的过程。
测量器302测量从范围调整器304输出的信号的每个比特值的输出频率，并且将所测得的频率传送到控制器300。控制器300利用从测量器302提供的每个比特值的输出频率来产生调整常数。控制器300设置测量器302传递所测得频率的时间，并且将有关所设置时间(下文中称为“测量时间”)的信息传送到测量器302。测量器302在测量时间内将从范围调整器304输出的每个比特值的输出频率传送到控制器300。测量时间内所测得输出频率一传送到控制器300，就对其进行重置。尽管可以根据用户的选择来改变测量时间，但是为了增加准确性，一般将其设置为相当长的持续时间。
图4和图5示出了根据本发明的实施例基于控制器300产生的调整常数改变的表示范围的例子。特别是，图4示出了基于原始设置的调整常数表示的x值的例子，而图5示出了基于已修改的调整常数表示的x值的例子。现在将参考图4来描述基于原始设置的调整常数表示的x值的例子。在图4中，作为示例，从范围调整器304输出的输出比特数是6。因此，y值在-32到31之间。在图4中，仅示出了-32和-1之间的值。因为以与-32和-1之间的值相同的方式来表示0和31之间的值，所以在图4中省略了它们。现在将详细地描述由测量器302执行的操作。
测量器302将范围调整器304的可能输出值划分为至少3个部分。在图4中，作为示例，测量器302将可能输出值划分为4个部分。当然，因为在图4中仅示出了-32到-1之间的值，所以-32和31之间的值可以划分为8个部分。然而，如果正数和负数的传输信号出现概率都等于50％，则仅可以选择-32和-1之间的部分以及在0和31之间的部分中的一个。部分#1表示y值在-1和-8之间的部分，部分#2表示y值在-9和-16之间的部分，部分#3表示y值在-17和-24之间的部分，部分#4表示y值在-25和-32之间的部分。测量器302可以测量至少一个代表每个部分的值，而不测量每个部分中包括的所有y值。所测量代表值数的增加有助于准确性的提高，但也不期望地增加了的复杂性。因此，应当考虑准确性和复杂性来设置每个部分中所测量代表值数。例如，在图4中，每个部分中所测量代表值数设置为2。部分#1中的代表值是a1和a2，部分#2中的代表值是a3和a4，部分#3中的代表值是a5和a6，而部分#4中的代表值是a7和a8。
测量器302测量从范围调整器304输出的y值中对应于部分#1中的a1和a2的y值的输出频率达测量时间那么长，并且将所测得结果传送到控制器300。测量器302测量从范围调整器304输出的y值中对应于部分#2中的a3和a4的y值的输出频率达测量时间那么长，并且将所测得结果传送到控制器300。测量器302测量从范围调整器304输出的y值中对应于部分#3中的a5和a6的y值的输出频率达测量时间那么长，并且将所测得结果传送到控制器300。测量器302测量从范围调整器304输出的y值中对应于部分#4中的a7和a8的y值的输出频率达测量时间那么长，并且将所测得结果传送到控制器300。
控制器300比较为各个部分提供的输出频率。在图4中，部分#4的输出频率最高，表明不可能以先前设置的调整常数来表示所有的x值。因此，有必要调整该调整常数。控制器300增加调整常数k的值。图5示出了基于由控制器300加倍的调整常数而表示的x值的例子。根据等式(1)、表4和表5，如果使该调整常数加倍，则可以表示的x值数也加倍。
图6是示出根据本发明实施例在控制器和测量器中执行的操作的流程图。现参考图6详细描述根据本发明实施例在控制器和测量器中执行的操作。
在步骤600，控制器设置k、T和代表值a1到aN。这里，k表示调整常数，而T表示测量周期。在步骤602中，控制器开始对t计数。在步骤604中，控制器确定t是否已经达到测量周期T。如果t已经达到测量周期T，则控制器进入到步骤606，如果t还没有达到测量周期T，则控制器返回到步骤604。如果t已经达到测量周期T，则测量器将所测得信息传送到控制器。测量器传送的信息包括各个代表值的输出频率。
在步骤606中，控制器对所提供的各个代表值的输出频率进行求和。如果求和结果是0，则控制器进入到步骤620，而如果该求和结果不是0，则控制器进入到步骤608。求和结果是0表示在测量周期内没有输出对应于特定代表值的y值。在步骤608，控制器确定所提供的代表值的输出频率中具有最高输出频率的代表值是否是a1。如图4所示，a1是最接近0的值。输出频率在a1处最高表示所希望的x值的表示范围设置得很宽。因此，控制器需要细分所希望的x值的表示范围，而不是缩小所希望的表示范围。如果a1的输出频率数是最大的，则控制器进入到步骤618，如果a1的输出频率数不是最大的，则控制器进入到步骤610。
在步骤610，控制器确定所提供的代表值输出频率中具有最高输出频率的代表值是否是aN。可以理解，aN是表示最小y值的代表值。输出频率在aN处最高表示所希望的x值表示范围设置得很窄。因此，控制器需要展宽所希望的x值表示范围。如果aN的输出频率数最大，则控制器进入到步骤622，而如果aN的输出频率数不是最大，则控制器进入到步骤612。
在步骤612，控制器比较a1到aN/2之和与(aN/2)+1到aN之和。如果a1到aN/2之和大于(aN/2)+1到aN之和，则控制器进入步骤614，而如果a1到aN/2之和小于或者等于(aN/2)+1到aN之和，则控制器进入步骤616。
在步骤614，控制器比较a1到aN/4之和与(aN/4)+1到aN之和。如果a1到aN/4之和大于(aN/4)+1到aN之和，则控制器进入到步骤618，而如果a1到aN/4之和小于或者等于(aN/4)+1到aN之和，则控制器进入到步骤620。在步骤616中，控制器比较(aN/2)+1到a3N/4之和与(a3N/4)+1到aN之和。如果(aN/2)+1到a3N/4之和大于(a3N/4)+1到aN之和，则控制器进入到步骤620，而如果(aN/2)+1到a3N/4之和小于或者等于(a3N/4)+1到aN之和，则控制器进入到步骤622。
在步骤618，控制器减小k值。在步骤620，控制器保持k值。在步骤622，控制器增加k值。在步骤624，控制器确定是否结束该操作。如果确定要结束该操作，则控制器进入到步骤626，在步骤626处结束该操作。然而，如果确定不结束该操作，则控制器返回到步骤602。
在图6中，尽管可能的输出值被细分为4个部分，但是当可能的输出值被细分为5个或者更多个部分时，步骤614和616就要改变。在可能的输出值被细分为4个部分的情况下，控制器在步骤614中比较部分#1的代表值与部分#2的代表值，并且在步骤616中比较部分#3的代表值与部分#4的代表值。然而，在可能的输出值被细分为6个部分(部分#1到部分#6)的情况下，控制器在步骤614中比较部分#1的代表值与部分#3的代表值，而在步骤616中比较部分#6的代表值来比较部分#4的代表值。
为了方便起见，已经参考使用二进制相移键控(BPSK)的收发信机描述了本发明的实施例。因此，4个部分中仅存在一个具有最大计数值的部分。在这种情况下，通过调整k值来调整比特数，使得具有最大计数值的部分应当定位在要用于定义这些部分的范围的中心。然而，在QPSK中，在要用于定义这些部分的范围内，存在两个具有最大计数值的部分，通过调整k值来调整比特数，使得这两个部分应当定位在要用于定义这些部分的范围的中心。例如，当定义了5个部分时，可以调整k值，使得具有最大计数值的部分定位于第二和第三部分。在8PSK中，在要用于定义这些部分的范围内，存在3个具有最大计数值的部分，而在16QAM中，在要用于定义这些部分的范围内，存在4个具有最大计数值的部分。应当考虑调制方案，而在本发明提出的方法中调整k值。
如上所述，根据输入到范围调整器中的输入信号的特性，本发明的实施例自动地调整可能的表示范围，从而改善软决策解码器的性能。另外，本发明的实施例在不需计算的情况下对从测量器输出的信号进行计数，这有助于减小复杂性。
尽管已经参考本发明的特定实施例示出并描述了本发明，但本领域普通技术人员应当明白，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其做出各种形式和细节方面的改变。

Claims (21)

1.一种用于在码分多址(CDMA)移动通信系统中调整输入到解码器的数据比特数的方法，该方法包括以下步骤：
(a)在可以用通常的比特数来表示的范围内定义多个部分；
(b)在预定时间内，对这些部分的单独的输出值进行计数；
(c)比较这些部分的单独的计数值；以及
(d)基于比较结果来调整用于表示数据的比特数，使得这些部分的单独的计数值的分布具有预先确定的形式。
2.如权利要求1所述的方法，其中步骤(a)包括：当均匀地平均输出负值和正值时，通过选择负值的范围或者正值的范围来定义一个部分的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其中步骤(d)包括：调整比特数以使具有最大值的部分不在所定义范围之外的步骤。
4.如权利要求1所述的方法，其中步骤(d)中所考虑的这些部分的单独的计数值的分布形式是根据调制方案来确定的。
5.如权利要求4所述的方法，其中步骤(d)中考虑的这些部分的单独的计数值的分布形式在所定义部分的范围内：对于二进制相移键控(BPSK)，有一个最大值；对于正交相移键控(QPSK)中，有二个最大值；对于8位相移键控(8PSK)，具有三个最大值；对于16位相移键控(16QAM)，有四个最大值。
6.一种用于在移动通信系统中根据输入比特值来调整所希望的表示部分的方法，其中，仅表示已定义的部分输入比特值，以便使输出比特数小于输入比特数，并且将包括在未表示部分中的比特值映射到特定值，该方法包括以下步骤：
(a)将可能的输出比特值划分为至少三个部分，并在预定时间内测量各个部分的输出比特的输出频率；以及
(b)当特定部分的输出频率大于其它部分的输出频率时，调整所希望的表示部分。
7.如权利要求6所述的方法，其中步骤(a)包括以下步骤：在各个部分中的比特值中定义至少一个比特值；以及对所定义的比特值的输出频率进行计数。
8.如权利要求6所述的方法，其中如果输出比特数是y，则可能的输出比特值范围在 和
Figure A2005100697890003C2
之间。
9.如权利要求8所述的方法，其中用
Figure A2005100697890003C3
或者 来表示包括在未表示部分中的比特值。
10.如权利要求9所述的方法，其中当在包括 或者
Figure A2005100697890003C6
的部分中输出频率高时，扩展可能的表示部分。
11.如权利要求10所述的方法，其中当在包括0的部分中输出频率高时，缩小可能的表示部分。
12.如权利要求6所述的方法，其中根据映射到一个输出比特值的输入比特值数来调整所希望的表示部分。
13.如权利要求12所述的方法，其中映射到一个比特值的输入比特值数与所希望的表示部分的范围成比例。
14.一种用于在移动通信系统中根据输入比特值来调整所希望的表示部分的装置，其中，仅表示已定义的部分输入比特值，以便使输出比特数小于输入比特数，并且将包括在未表示部分中的比特值映射到特定值，该装置包括：
测量器，用于将可能的输出比特值划分为至少三个部分，并在预定时间内测量各个部分的输出比特的输出频率；以及
控制器，用于当特定部分的输出频率大于其它部分的输出频率时，调整所希望的表示部分。
15.如权利要求14所述的装置，其中测量器在各个部分中包括的比特值中定义至少一个比特值，并且对所定义的比特值的输出频率进行计数。
16.如权利要求15所述的装置，其中如果输出比特数是y，则可能的输出比特值范围在
Figure A2005100697890003C7
和
Figure A2005100697890003C8
之间。
17.如权利要求15所述的装置，其中控制器用 或者
Figure A2005100697890003C10
来表示包括在未表示部分中的比特值。
18.如权利要求17所述的装置，其中当在包括
Figure A2005100697890003C11
或者 的部分中输出频率高时，控制器扩展可能的表示部分。
19.如权利要求18所述的装置，其中当在包括0的部分中输出频率高时，控制器缩小可能的表示部分。
20.如权利要求14所述的装置，其中控制器根据映射到一个输出比特值的输入比特值数来调整所希望的表示部分。
21.如权利要求20所述的装置，其中映射到一个比特值的输入比特值数与所希望的表示部分的范围成比例。
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