CN1853392A - 正交频分多路复用系统等中的信道估算反馈 - Google Patents

正交频分多路复用系统等中的信道估算反馈 Download PDF

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Abstract

简单地说，根据本发明的一个实施例，信道状态信息分组利用接收机侧装置进行编码并被反馈给发射机侧装置。发射机侧装置解码该信道状态信息分组，以提取信道响应函数的估算值。

Description

正交频分多路复用系统等中的信道估算反馈
发明背景
在无线局域网(WLAN)通信系统诸如正交频分多路复用(OFDM)系统中，发射机能将数据发送给接收机的数据速率和质量可以利用信道的质量来限制。但是，典型的发射机在对数据速率和调制方案进行如此调节时不利用信道信息。另外，如果不知道信道信息，发射机可能要消耗比在发射机和接收机之间交换数据和其他信息所必需的能量更多的能量，从而导致能源浪费。
附图说明
在本说明书的结束部分中具体地指出并清楚地要求本发明的主题。但是，通过参照附图阅读下面的详细说明可以最佳地理解本发明及其组织结构和操作方法以及目的、特征和优点，在附图中：
图1是根据本发明一个实施例的无线局域网通信系统的方框图；
图2是根据本发明一个实施例的信道估算反馈编码器的图；和
图3是根据本发明一个实施例的信道估算反馈解码器的图。
将意识到，为了简化图示并使其清楚，附图中示出的元件并不一定是按比例绘制的。例如，一些元件的尺寸为了清晰起见而相对于其他元件被放大。另外，在认为合适的情况下，在图与图之间重复附图标号，以表示相应的或类似的元件。
具体实施方式
在下面的详细说明中，列出了许多具体细节，以提供对本发明的完全理解。但是，本领域技术人员将理解，本发明可以在没有这些具体细节的情况下而得以实施。在其他情况下，没有对公知的方法、过程、部件和电路进行具体描述，以避免使本发明不清楚。
根据对计算机存储器内的数据比特或二进制数字信号操作的算法和符号表示来提出随后的详细说明中的某些部分。这些算法说明和表示可以是数据处理技术领域中的技术人员用于将其工作实质传达给本领域其他技术人员的技术。
算法在此并且一般被认为是产生希望结果的动作或操作的自相容序列。这些包括物理数量的物理控制。通常，虽然不是必须地，这些物理数量采取能被存储、传送、组合、比较或操纵的电或磁信号的形式。已经证实，主要由于共同使用的原因，有时将这些信号称为比特、值、元素、符号、字符、术语、数字等是方便的。但是，应理解，所有这些和类似术语都与适当的物理数量相关并且仅为应用于这些数量的方便标记。
除非特别说明，否则如从下面的讨论中所显而易见的，将认识到，在整个说明书中，利用诸如处理、计算、运算、确定等术语的讨论涉及计算机或计算系统或类似电子计算设备的动作或处理，其将表示为计算系统的寄存器或存储器内的物理诸如电子数量的数据操纵或转换为计算系统的存储器、寄存器或其他这样的信息存储、传输或显示设备内的类似表示为物理数量的其他数据。
本发明的实施例可以包括用于执行本文中的操作的设备。这个设备可以专门构成用于所需目的，或其可包括通用计算设备，该设备利用存储在该设备中的程序选择性地被激活或重新配置。这样的程序可以存储在存储媒体上，诸如(但不限于)任何类型的盘，包括软盘、光盘、CD-ROM、磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、磁或光卡、或适于存储电子指令并能被耦合到用于计算设备的系统总线上的任何其他类型的媒体。
在此所示的处理和显示并不固有地涉及任何特定的计算设备或其他装置。各种通用系统可以与根据本文教导的程序一起使用，或者可以证明构造更专用设备来执行所希望方法是方便的。从下面的描述中，各种这些系统的所需结构将显现。另外，本发明的实施例并没有参照任何特定的编程语言来描述。将意识到，可以使用各种编程语言来实现这里所描述的本发明的教导。
在下面的说明书和权利要求书中，可以使用术语“被耦合”和“被连接”及其派生词。在特定实施例中，被连接可用来表示两个或更多个元件处于相互的直接物理或电接触中。被耦合可以表示两个或更多个元件处于直接的物理或电接触中。但是，被耦合还可以表示两个或更多个元件可能不处于相互的直接接触中，而可以仍然相互合作或相互作用。
应理解，本发明的实施例可以用于各种应用中。虽然本发明并不限于这方面，但是这里所公开的电路可以用于许多设备中，诸如用于无线电系统的发射机和接收机中。预定包括在本发明的范围内的无线电系统包括(只作为示例)无线局域网(WLAN)设备和无线广域网(WWAN)设备，包括无线网络接口设备和网络接口卡(NIC)、基站、接入点(AP)、网关、网桥、集线器、蜂窝无线电话通信系统、卫星通信系统、双向无线电通信系统、单向寻呼机、双向寻呼机、个人通信系统(PCS)、个人计算机(PC)、个人数字助理(PDA)等，但是本发明的范围并不限于这个方面。
预定在本发明范围内的无线通信系统的类型包括但不限于无线局域网(WLAN)、无线广域网(WWAN)、码分多址(CDMA)蜂窝无线电话通信系统、全球移动通信系统(GSM)蜂窝无线电话系统、北美数字蜂窝(NADC)蜂窝无线电话系统、时分多址(TDMA)系统、扩展TDMA(E-TDMA)蜂窝无线电话系统、类似于宽带CDMA(WCDMA)的第三代(3G)系统、CDMA-2000等，但是本发明的范围并不限于这个方面。
现在参照图1，将描述根据本发明一个实施例的无线局域网通信系统。在图1中示出的WLAN通信系统100中，移动单元110可以包括无线收发信机112，以耦合到天线118和处理器114，从而提供基带和媒体接入控制(MAC)处理功能。在一个实施例中，处理器114可以包括单个处理器，或可替换地包括基带处理器和应用处理器，但是本发明的范围并不限于这个方面。处理器114可以耦合到存储器116，该存储器可包括易失性存储器(诸如DRAM)、非易失性存储器(诸如闪存)或者可替换地包括其他类型的存储器(诸如硬盘驱动器)，但是本发明的范围并不限于这个方面。存储器116的某些部分或全部可以包括在同一集成电路(如处理器114)上，或可替换地存储器116的某些部分或全部可以被设置在集成电路上或在处理器114的集成电路外部的其他媒体(例如，硬盘驱动器)上，但是本发明的范围并不限于这个方面。
移动单元110可以通过无线通信链路132与接入点122通信，其中接入点122可以包括至少一个天线120。在替换实施例中，接入点122以及可选择地移动单元110可以包括两个或更多个天线，例如，以提供空分多址(SDMA)系统或多输入、多输出(MIMO)系统，但是本发明的范围并不限于这个方面。接入点122可以包括类似于移动单元116的收发信机112、处理器114和存储器116的收发信机124、处理器126和存储器128，但是本发明的范围并不限于这个方面。接入点122可以与网络130耦合，以便移动单元110可以通过经由无线通信链路132与接入点122通信而与包括耦合到网络130的设备的网络130通信。网络130可以包括公用网，诸如电话网或因特网，或可替换地网络130可以包括专用网，诸如内部网，或公用网与专用网的组合，但是本发明的范围并不限于这个方面。可以经由无线局域网(WLAN)，例如根据电气与电子工程师协会(IEEE)标准(诸如IEEE 802.11，IEEE 802.11b，HiperLAN-II等)的网络，实现移动单元110和接入点122之间的通信，但是本发明的范围并不限于这个方面。在另一实施例中，移动单元110和接入点122之间的通信可以至少部分地经由根据3GPP标准的蜂窝通信网络来实现，但是本发明的范围并不限于这个方面。
现在参照图2，将讨论根据本发明一个实施例的信道估算反馈编码器的图。信道估算反馈编码器200可以实现为或者移动单元110的收发信机112的接收机，或者可以实现为接入点122的收发信机124的接收机。根据本发明的一个实施例，当第一设备向第二设备发送时，可以从第二设备向第一设备反馈信道的估算或信道状态信息(CSI)分组，例如，以便根据该信道的特性来修改传输调制。在一个具体实施例中，信道状态信息可以包括频域中的信道传递函数估算或时域中的信道响应函数估算。在可替换实施例中，远程用户可以例如使用比特或功率加载方框来处理信道函数估算本身，并且然后发送功率分配和调制类型指令，以准备使用返回给原始发送设备的信道状态信息，但是本发明的范围并不限于这个方面。
在这里为了讨论的目的，第一设备可以是接入点122，而第二设备可以是移动单元110，其中接入点122的收发信机124中的发射机向移动单元110的接收机发送，但是本发明的范围并不限于这个方面。在这样的实施例中，图2的信道估算反馈编码器200可以明确地实施在移动单元110中，而图3的信道估算反馈解码器300可以确实地实现在接入点122中，但是本发明的范围并不限于这个方面。在可替换实施例中，信道估算反馈编码器200可以实现在接入点122中，而信道估算反馈解码器300可以实现在移动单元110中，但是本发明的范围并不限于这个方面。在另一实施例中，信道估算反馈编码器200和信道估算反馈解码器300可以都实现在接入点122和移动单元110中，其中根据哪个单元在发送和哪个单元在接收而由接入点122或移动单元110来执行编码和解码，但是本发明的范围并不限于这个方面。另外，虽然作为示例表示的图1的无线LAN系统100以基本服务集(basic service set)(BSS)或基础结构模式表示无线接入点122和移动单元，但是本发明也可以在独立的基本服务集(independentbasic service set)(IBSS)或ad-hoc(特设)模式中实现，例如其中移动单元110可以代替接入点122与一个或更多其他的移动单元通信，但是本发明的范围并不限于这个方面。
根据本发明，信道估算反馈编码器200可以生成信道估算或信道状态信息(CSI)分组，诸如利用比特流230来表示，该分组将在从接入点122到移动单元110的传输之后从移动单元110反馈回到接入点122。例如，在接收到从接入点122发送给移动单元110的数据分组之后，可以作为由移动单元110发送给接入点122的确认帧的一部分包括信道估算信息。信道估算反馈编码器200可以执行算法，以编码将被反馈给接入点122的信道估算信息。到信道估算反馈编码器200的输入210可以是频域中的实际信道特征，例如根据IEEE 802.11a标准来自移动单元110的收发信机112中的接收机的标准信道估算器的信道传递函数系数。如在方框212上所示的，信道特征可以包括M个复数，例如，根据IEEE 802.11a标准，M＝52。
输出编码器200可以是被打包在比特流中的CSI。由编码器200执行的算法可以包括一个或多个可选特性，例如，以允许各种级别的复杂性和信息压缩比率。在本发明的一个或多个实施例中，一个这样的选择可以是确保信道估算的最佳质量或接近最佳质量，或可替换地使用于编码反馈分组的时间最少，或还可替换地使CSI的值最小。根据本发明的一个实施例，由信道估算反馈编码器200执行的算法可以允许两种类型的信道估算分组：INTRA(帧内)(I)分组或PREDICTIVE(预测)(P)分组。INTRA分组可以包含重构频域中的信道特征所需的所有数据。INRTA分组可以用作第一反馈分组或在长的连接中断之后被使用。PREDICTIVE分组可以包含当前分组与信道估算(CE)之间的差异。这样的PREDICTIVE分组可以用于连续改进信道估算精度或表示信道特征可能已被改变。为了对这样的分组进行编码和解码，接收机和发射机可以根据下列规则来保持和更新当前信道估算：
CE＝I，如果当前分组为Intra；
CE＝CE+P，如果当前分组为Predictive。
信道估算(CE)分组的编码可以包括如图2所示的编码器200的四个阶段：逆FFT(快速傅立叶逆变换)和Data Cut-Off(数据截止)方框214、预测器计算方框218(对于P分组)、数据量化方框222和比特流形成方框228。
如图2所示，逆FFT和Cut-Off方框214可以对在输入210上接收到的M个复数的输入阵列执行快速傅立叶逆变换(IFFT)，以获得时域中的信号表示，信道响应函数，作为以幅值和相位表示的复数阵列。该信号可以在具有少于信道延迟扩展的时间延迟的N个复数上被截止，其中例如N可以小于M，并且信道延迟扩展可以少于800ns，但是本发明的范围并不限于此。因此，逆FFT和Cut-Off方框214的输出可以表示利用N个复数表示的实际的信道响应函数216。在替换实施例中，可选择地省略逆FFT和Cut-Off方框210，其中信道状态信息可以在频域中直接进行编码。在本发明的另一实施例中，可以利用另一某种特殊处理算法来代替逆FFT和Cut-Off方框210上的逆FFT，以计算传输调制请求，但是本发明的范围并不限于此。
当利用PREDICTIVE(P)分组时，预测器计算方框218可以如下评估利用逆FFT和Cut-Off方框214提供的实际信道响应函数216与信道估算之间的差异：
Predictor＝Actual Data-Channel Estimate
(预测值＝实际数据-信道估算值)
在一个实施例中，可以根据实际信道响应函数216的阵列中的所有取样，针对幅值和相位值执行这个减法，但是本发明的范围并不限于这个方面。预测值计算方框218的输出可以是信道响应函数或信道响应函数220的余项(residual)。
量化方框222可以对信道响应函数的N个复数或其余数220进行量化。在一个实施例中，量化方框222可以执行线性量化，其中利用固定的量化器值来除信道响应函数阵列220中的取样。对于相位和幅值分量，可以使用不同的量化器值。在一个特定实施例中，量化器值可以为2的幂。这种线性量化可以用于PREDICTIVE(P)分组。在另一个实施例中，量化方框222可以执行信道衰减估算。在这种实施例中，量化方框222可以估算指定(射)线(ray)的幅度的时间延迟衰减函数，其中大小为e-at，其中a为衰减。在一个实施例中，可以估算a1n2。由量化方框222执行的这种信道衰减估算可以用于INTRA(I)分组。可以利用迭代处理在预先或提前知道信道响应函数分布或信道响应函数的时间历史的基础上选择量化器值，以确保编码的数据可以适于预定的分组大小并具有最少的信息损失。量化方框222的输出可以是信道响应函数220的量化值226，这些值可以经由去量化方框224被反馈给预测值计算方框218，但是本发明的范围并不限于这个方面。
在比特流形成方框228上，可以例如利用每个值1或2比特，对量化值226和其他的用于信道特性的参数执行固定长度编码。比特流形成方框228的输出可以是具有四部分结构的比特流230，该四部分结构可以包括：表示分组类型是INTRA还是PREDICTIVE的指示符；幅值量化器值或其二进制算法；相位量化器值或其二进制算法；以及量些的信道响应函数的编码值，但是本发明的范围并不限于这个方面。比特流230然后可以被发回给原始发射机，该发射机然后可以解码该比特流，以获得信道状态估算，但是本发明的范围并不限于这个方面。
现在参照图3，将论述根据本发明的一个实施例的信道估算反馈解码器的图。如图3所示，原始发射机可以从原始接收机接收比特流230，其中通过图2的编码器200对比特流230编码。比特流分析方框312可以从比特流230中提取比特流参数。从比特流230中提取的量化值226可以利用去量化方框312来去量化，例如，通过将量化值的相位和幅值乘以从比特流230中提取的并由图2的量化方框222所利用的相应相位或幅度量化器值，但是本发明的范围并不限于这个方面。去量化方框312的输出可以是用于1分组的信道响应函数，或者用于P分组220的信道响应函数的余数项，但是本发明的范围并不限于这个方面。
信道估算更新方框312可以根据下面的规则对当前信道执行信道估算(CE)更新：
CE＝I，如果当前分组是INTRA；
CE＝CE+P，如果当前信道是PREDICTIVE。
信道估算更新方框314的输出可以是用于当前信道的信道响应函数318的估算。正向FFT方框316可以对信道响应函数318的估算执行正向快速傅立叶变换(FFT)，以便在输出322上提供频域中的信道估算320，但是本发明的范围并不限于这个方面。然后，原始发射机可以利用信道估算320来随后传输至原始接收机，例如，以便将调制方案调节到当前信道条件，但是本发明的范围并不限于这个方面。
虽然已利用一定程度的特定性描述了本发明，但是应认识到，本领域技术人员在不背离本发明的精神和范围的情况下可以对本发明的元件进行更改。相信：通过前面的描述，将理解本发明的正交频分多路复用系统等中的信道估算反馈及其所伴随的许多优点，并且将显而易见的是，在不脱离本发明的范围和精神或不牺牲所有其实质优点的情况下，可以对本发明的元件的形式、结构和布置进行各种修改，在这里前述的形式仅为本发明的示例性实施例，并且可以对其进行其他的但非实质性的修改。权利要求旨在包含和包括这样的修改。

Claims (34)

1、一种方法，包括：
量化从发射机接收的信号的信道响应函数；和
生成将发回给发射机的信道状态信息分组，其中该分组包括量化的信道响应函数。
2、如权利要求1所述的方法，还包括：其中信道响应函数利用M个复数来表示，将信道响应函数限制为N个复数，其中N小于M。
3、如权利要求1所述的方法，还包括：在所述量化之前，将信号从信号的频域表示转换为信号的时域表示。
4、如权利要求1所述的方法，还包括：在所述量化之前，将信号从频域表示或时域表示中的至少一个转换为功率分配和调制类型指令。
5、如权利要求1所述的方法，还包括：
在所述量化之前，将信号从信号的频域表示转换为信号的时域表示，并且其中信道响应函数利用M个复数来表示；
将信道响应函数限制为N个复数，其中N小于M，其中N个复数被限制为具有小于预定延迟扩展的时间延迟的值。
6、如权利要求1所述的方法，还包括：
在所述量化之前，计算该信号的信道响应函数，其中所述计算包括从信道响应函数中减去信道估算，以提供信道响应函数的余数值，其中所述量化包括量化信道响应函数的余数值，并且其中该分组包括量化的信道响应函数的余数值。
7、如权利要求1所述的方法，还包括：
在先将信号从信号的频域表示转换为信号的时域表示，以及
随后在所述量化之前，计算该信号的信道响应函数，其中所述计算包括从信道响应函数中减去信道估算，以提供信道响应函数的余数值，其中所述量化包括量化信道响应函数的余数值，并且其中该分组包括量化的信道响应函数的余数值。
8、如权利要求1所述的方法，其中所述量化包括估算信道响应函数的时间延迟衰减。
9、一种物品，包括：
存储媒体，其上已存储指令，所述指令当由计算平台执行时通过以下方式生成信道状态信息的编码：
量化从发射机接收的信号的信道响应函数；和
生成将发回给发射机的分组，其中该分组包括量化的信道响应函数。
10、如权利要求9所述的物品，其中这些指令在被执行时进一步通过将信道响应函数限制为N个复数来生成信道状态信息分组的编码，其中信道响应函数利用M个复数来表示，其中N小于M。
11、如权利要求9所述的物品，其中这些指令在被执行时进一步通过在所述量化之前将信号从信号的频域表示转换为信号的时域表示来生成信道状态信息分组的编码。
12、如权利要求9所述的物品，其中这些指令在被执行时进一步通过在所述量化之前将信号从频域表示或时域表示中的至少一个转换为功率分配和调制类型指令来生成信道状态信息分组的编码。
13、如权利要求9所述的物品，其中这些指令在被执行时进一步通过以下方式来生成信道状态信息分组的编码：
在所述量化之前，将信号从信号的频域表示转换为信号的时域表示，以及
其中信道响应函数利用M个复数来表示，将信道响应函数限制为N个复数，其中N小于M，其中N个复数被限制为具有小于预定延迟扩展的时间延迟的值。
14、如权利要求9所述的物品，其中这些指令在被执行时进一步通过在所述量化之前计算信号的信道响应函数来生成信道状态信息分组的编码，其中所述计算包括从信道响应函数中减去信道估算，以提供信道响应函数的余数值，其中所述量化包括量化信道响应函数的余数值，并且其中该分组包括量化的信道响应函数的余数值。
15、如权利要求9所述的物品，其中这些指令在被执行时进一步通过在先将信号从信号的频域表示转换为信号的时域表示、以及随后在所述量化之前计算信号的信道响应函数来生成信道状态信息分组的编码，其中所述计算包括从信道响应函数减去信道估算，以提供信道响应函数的余数值，其中所述量化包括量化信道响应函数的余数值，并且其中该分组包括量化的信道响应函数的余数值。
16、如权利要求9所述的物品，其中所述量化包括估算信道响应函数的时间延迟衰减。
17、一种方法，包括：
在将信号发送至装置以获得该信号的量化的信道响应函数之后，分析从该装置接收到的信道状态信息分组；和
去量化已量化的信道响应函数，以提供信道响应函数。
18、如权利要求17所述的方法，其中信道响应函数是信道响应函数的估算，其中信道响应函数的估算利用N个复数来表示，其中信道响应函数利用M个复数来表示，并且其中N小于M。
19、如权利要求17所述的方法，还包括：其中信道状态信息分组的信道响应函数表示为信道响应函数的余数，通过将信道响应函数的当前估算与信道响应函数的余数相加，计算信道响应函数的更新估算。
20、如权利要求17所述的方法，还包括：其中信道响应函数是时域表示，将信道响应函数的时域表示转换为信道响应函数的频域表示。
21、一种物品，包括：
存储媒体，其上存储有指令，这些指令当由计算平台执行时通过下列方式生成信道状态信息分组的解码：
在将信号发送至装置以获得信号的量化的信道响应函数之后，分析从该装置接收到的信道状态信息分组；和
去量化已量化的信道响应函数，以提供信道响应函数。
22、如权利要求21所述的物品，其中信道响应函数是信道响应函数的估算，其中信道响应函数的估算利用N个复数来表示，其中信道响应函数利用M个复数来表示，并且其中N小于M。
23、如权利要求21所述的物品，其中这些指令在被执行时，进一步通过以下方式来生成信道状态信息分组的解码：
其中信道状态信息的信道响应函数被表示为信道响应函数的余数，通过将信道响应函数的当前估算与信道响应函数的余数相加，计算信道响应函数的更新估算。
24、如权利要求21所述的物品，其中这些指令在被执行时，进一步通过以下方式来生成信道状态信息分组的解码：
其中信道响应函数是时域表示，将信道响应函数的时域表示转换为信道响应函数的频域表示。
25、一种设备，包括：
基带处理器；和
收发信机，耦合到所述基带处理器和全向天线；
其中所述基带处理器量化通过所述收发信机从发射机接收到的信号的信道响应函数，并生成将发回给该发射机的信道状态信息分组，其中该分组包括量化的信道响应函数。
26、如权利要求25所述的设备，其中所述基带处理器将信道响应函数限制为N个复数，其中信道响应函数利用M个复数来表示，其中N小于M。
27、如权利要求25所述的设备，其中所述基带处理器在量化信道响应函数之前，将信号从信号的频域表示转换为信号的时域表示。
28、如权利要求25所述的设备，其中所述基带处理器在量化信道响应函数之前，将信号从信号的频域表示转换为信号的时域表示，并且将信道响应函数限制为N个复数，其中信道响应函数利用M个复数来表示，其中N小于M，其中N个复数被限制为具有小于预定延迟扩展的时间延迟的值。
29、如权利要求25所述的设备，其中通过从信道响应函数中减去信道估算以提供信道响应函数的余数值，所述基带处理器在量化信道响应函数之前，计算信号的信道响应函数，其中量化包括量化信道响应函数的余数值，并且其中该分组包括量化的信道响应函数的余数值。
30、如权利要求25所述的设备，其中所述基带处理器在先将信号从信号的频域表示转换为信号的时域表示，并且随后通过从信道响应函数中减去信道估算以提供信道响应函数的余数值，在量化信道响应函数之前，计算信号的信道响应函数，其中量化包括量化信道响应函数的余数值，其中该分组包括量化的信道响应函数的余数值。
31、一种设备，包括：
基带处理器；和
收发信机，耦合到所述基带处理器和全向天线；
其中所述基带处理器在发送信号给装置以获得信号的量化的信道响应函数之后分析从该装置接收到的信道状态信息分组，并去量化已量化的信道响应函数，以提供信道响应函数。
32、如权利要求31所述的设备，其中信道响应函数是信道响应函数的估算，其中信道响应函数的估算利用N个复数来表示，其中信道响应函数利用M个复数来表示，并且其中N小于M。
33、如权利要求31所述的设备，其中信道状态信息分组的信道响应函数被表示为信道响应函数的余数，其中所述基带处理器通过将信道响应函数的当前估算与信道响应函数的余数相加来计算信道响应函数的更新估算。
34、如权利要求31所述的设备，其中信道响应函数是时域表示，其中所述基带处理器将信道响应函数的时域表示转换为信道响应函数的频域表示。
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