ES2233945T3 - Metodo de traspaso y sistema celular de comunicaciones. - Google Patents

Metodo de traspaso y sistema celular de comunicaciones.

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Método para un traspaso en un sistema celular de comunicaciones que comprende por lo menos una estación base (BTS) por cada célula, estando controlada dicha estación base por un controlador de estaciones base (BSC) que controla una o más estaciones base, y formando dicho controlador de estaciones base junto con las estaciones base bajo su control un sistema de estaciones base (BSS), caracterizado porque en la frontera de dos o más sistemas de estaciones base (BSS1, BSS2), las áreas de servicio de estaciones base bajo diferentes controladores de estaciones base (BSC1, BSC2) se superponen por lo menos parcialmente, y porque cuando un equipo terminal (MS) se desplaza desde un sistema de estaciones base (BSC1) a otro (BSC2), el traspaso se lleva a cabo de manera que cuando el equipo terminal se desplaza a una célula a la que prestan servicio dos o más estaciones base (BTS11, BTS21) que pertenecen a áreas de diferentes controladores de estaciones base, el equipo terminal lleva a cabo un traspasouniforme desde la célula antigua (BTS12) a la célula nueva (BTS11), y cuando se desplaza adicionalmente hacia la frontera de la célula, lleva a cabo un traspaso discontinuo desde la estación base (BTS11) del sistema antiguo de estaciones base (BSS1) hacia la estación base (BTS21) del sistema nuevo de estaciones base (BSS2) en el que el área de servicio de dicha estación base (BTS21) se superpone por lo menos parcialmente con la estación base anterior.

Description

Método de traspaso y sistema celular de comunicaciones.
La presente invención se refiere a un método para un traspaso en un sistema celular de comunicaciones que comprende por lo menos una estación base por cada célula, estando controlada dicha estación base por un controlador de estaciones base que controla una o más estaciones base, y formando dicho controlador de estaciones base con las estaciones base bajo su control un sistema de estaciones base.
La presente invención se puede aplicar de forma especialmente adecuada a sistemas celulares de comunicaciones CDMA. Un sistema CDMA (Acceso Múltiple por División de Código) es un método de acceso múltiple que se basa en la tecnología del espectro ensanchado y cuya aplicación en sistemas celulares de comunicaciones se ha iniciado últimamente junto con las tecnologías anteriores FDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencia) y TDMA (Acceso Múltiple por División de Tiempo). La tecnología CDMA presenta varias ventajas con respecto a los métodos anteriores, tales como la eficiencia espectral, una planificación sencilla de frecuencias y la capacidad de tráfico.
En un método CDMA, la señal de datos de banda estrecha del usuario se multiplica por un código de ensanchamiento de un ancho de banda mucho mayor para obtener una banda relativamente ancha de canal de tráfico. En los sistemas de redes celulares experimentales conocidos, los anchos de banda usados en los canales de tráfico incluyen, por ejemplo, 1,25 MHz, 10 MHz y 25 MHz. En el proceso de multiplicación, la señal de datos se extiende por toda la banda usada. Todos los usuarios transmiten simultáneamente usando la misma banda de frecuencia, es decir, canal de tráfico. Se utiliza un código de ensanchamiento independiente para cada conexión entre una estación base y un equipo terminal de abonado, y las señales de los usuarios se pueden identificar diferenciándolas mutuamente en los receptores sobre la base del código de ensanchamiento de cada conexión.
Por otro lado, en un sistema CDMA, todos los usuarios transmiten en la misma banda de frecuencia relativamente ancha. El canal de tráfico del usuario se forma por medio de un código de ensanchamiento que es característico de la conexión y, sobre la base del cual, se identifica la transmisión del usuario con respecto a las transmisiones de otras conexiones, tal como se ha descrito anteriormente. Como habitualmente se usa un número considerable de códigos de ensanchamiento, el sistema CDMA no presenta un límite de capacidad definido tal como los sistemas FDMA y TDMA. El sistema CDMA es un sistema denominado de limitación por interferencia en el que el número de usuarios se limita según el nivel de interferencia que se permite que un usuario provoque en otro. Como los códigos de ensanchamiento de los usuarios en los sistemas en uso no carecen totalmente de correlación con respecto a los códigos de ensanchamiento utilizados por la célula vecina, especialmente los usuarios simultáneos provocan, hasta cierto grado, interferencias mutuas. A este tipo de interferencia provocada por un usuario sobre otro se le hace referencia como interferencia multiusuario. A medida que aumenta el número de usuarios, aumenta consecuentemente el nivel de interferencia que provocan sobre los otros, y, cuando el número de usuarios alcanza un cierto nivel, la interferencia aumenta hasta deteriorar la calidad de las conexiones. En el sistema, es posible determinar un nivel de interferencia que no se debe superar, y por lo tanto fijar un límite para el número de usuarios simultáneos, es decir, para la capacidad del sistema. No obstante, se puede permitir una superación temporal de este número, lo cual significa que se sacrifica parte de la calidad de la conexión a expensas de la capacidad.
En un entorno típico de estaciones móviles, las señales entre una estación base y una estación móvil viajan a través de varios trayectos diferentes entre el transmisor y el receptor. Esta propagación por trayectos múltiples es provocada principalmente por señales que se reflejan desde las superficies circundantes. Las señales que han viajado a través de trayectos diferentes llegan al receptor en momentos diferentes debido a los diferentes retardos en el tiempo de propagación. El método CDMA difiere con respecto al método convencional FDMA y TDMA en que en el método CDMA se puede utilizar la propagación por múltiples trayectos en la recepción de las señales. Como solución para el receptor CDMA, se utiliza normalmente un receptor denominado RAKE que consta de una o más ramificaciones RAKE. Cada ramificación es una unidad receptora independiente cuya función es componer y demodular una componente de señal recibida. Cada ramificación RAKE se puede controlar para sincronizarse en una componente de señal que ha viajado por un trayecto propio, y las señales de las ramificaciones receptoras se combinan de forma ventajosa en un receptor CDMA convencional, y de este modo, se obtiene una señal de buena calidad.
Es posible que las componentes de la señal recibidas por las ramificaciones de un receptor de estación móvil CDMA hayan sido transmitidas por una o más estaciones base. En este último caso, se trata de la denominada macrodiversidad, es decir, un modo de diversidad mediante el cual se puede mejorar la calidad de una conexión entre una estación móvil y una estación base. En las redes celulares de comunicaciones CDMA, se utiliza la macrodiversidad, a la que se hace referencia también por medio de la expresión traspaso uniforme, para garantizar el funcionamiento del control de potencia en las zonas de la frontera de la estación base, y para posibilitar un traspaso sin fisuras. De este modo, una estación móvil que utiliza macrodiversidad se comunica simultáneamente con dos o más estaciones base. Todas las conexiones transmiten la misma información. Como ejemplo de un sistema celular de comunicaciones que utiliza macrodiversidad, se puede mencionar la publicación de la Norma Profesional EIA/TIA: Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System, TAI/EIA/IS-95, Julio de 1993.
De este modo, en una situación de macrodiversidad, el equipo terminal puede combinar señales transmitidas por diferentes estaciones base. En el extremo de la estación base, las señales recibidas por dos estaciones base independientes desde el equipo terminal se combinan en el primer punto posible el cual en la mayoría de los casos es el controlador de estaciones base en cuya área están ubicadas las estaciones base. Si las estaciones base a las que se acopla el equipo terminal están bajo el control de diferentes controladores de estaciones base, la implementación práctica de un traspaso uniforme resultará considerablemente complicada, ya que en tal caso la conexión se debe llevar a cabo en un centro de conmutación de servicios móviles.
Los sistemas celulares de comunicaciones antiguos, tales como el GSM, el NMT y el AMPS, utilizan un traspaso denominado discontinuo en el que el cambio de estación base se lleva a cabo en primer lugar interrumpiendo la conexión con la estación base antigua y a continuación estableciendo una conexión con una estación base nueva. A continuación, en tal caso, el equipo terminal se acopla a solamente una estación base al mismo tiempo. La tecnología del traspaso discontinuo es más sencilla de implementar que el traspaso uniforme. Hasta el momento, no se ha aplicado el traspaso discontinuo a los sistemas CDMA debido a que provoca inestabilidad en el control de la potencia. Como el sistema está limitado por interferencia, un control de potencia preciso es un prerrequisito para el funcionamiento de un sistema CDMA.
El documento WO 9306683 presenta procedimientos de traspaso en un sistema que tiene áreas de cobertura tanto analógicas como digitales.
Es un objetivo de la presente invención posibilitar el uso de un traspaso tanto uniforme como discontinuo especialmente en un sistema celular de comunicaciones CDMA de manera que se obtengan las ventajas de ambos métodos.
Esto se consigue a través de un método del tipo expuesto en la sección introductoria, caracterizado porque en la frontera de dos o más sistemas de estaciones base, las áreas de servicio de estaciones base bajo diferentes controladores de estaciones base se superponen por lo menos parcialmente, y porque cuando un equipo terminal se desplaza desde un sistema de estaciones base a otro, el traspaso se lleva a cabo de manera que cuando el equipo terminal se desplaza a una célula a la que prestan servicio dos o más estaciones base que pertenecen a áreas de diferentes controladores de estaciones base, el equipo terminal lleva a cabo un traspaso uniforme desde la célula antigua a la célula nueva, y cuando se desplaza adicionalmente hacia la frontera de la célula, lleva a cabo un traspaso discontinuo desde la estación base del sistema antiguo de estaciones base hacia la estación base del sistema nuevo de estaciones base en el que el área de servicio de dicha estación base se superpone por lo menos parcialmente con la estación base anterior.
La invención se refiere además a un sistema celular de comunicaciones que comprende en cada célula por lo menos una estación base controlada por un controlador de estaciones base el cual tiene bajo su control una o más estaciones base, y formando un sistema de estaciones base dicho controlador de estaciones base con dichas estaciones base bajo su control. Es característico de un sistema celular de comunicaciones de la invención que en la zona de la frontera de dos o más sistemas de estaciones base, las áreas de servicio de estaciones base bajo el control de diferentes controladores de estaciones base se superpongan por lo menos parcialmente y que cuando un equipo terminal del sistema se desplaza hacia una célula a la que prestan servicio dos o más estaciones base que pertenecen a áreas de diferentes controladores de estaciones base, el equipo terminal esté dispuesto para llevar a cabo un traspaso uniforme desde la célula antigua a la célula nueva, y cuando se desplaza adicionalmente hacia la frontera de la célula, el equipo terminal del sistema esté dispuesto para llevar a cabo un traspaso discontinuo desde la estación base del sistema antiguo de estaciones base a la estación base del sistema nuevo de estaciones base en el que el área de servicio de dicha estación base se superpone por lo menos parcialmente con la estación base antigua.
Con el método de la invención, el control de potencia de la red permanece estable incluso cuando se utiliza un traspaso discontinuo, y se puede evitar la complejidad de un traspaso uniforme en la frontera entre dos controladores de estaciones base.
Con la invención, se puede combinar el uso de la tecnología de traspasos uniformes y traspasos discontinuos de manera que si un equipo terminal de abonado está dentro de un sistema de estaciones base, se realiza un traspaso del mismo desde una estación base a otra por medio de un traspaso uniforme, y el cambio de estación base al área del controlador de la estación base nueva se lleva a cabo por medio de un traspaso discontinuo. En una implementación según la invención en la que se superponen áreas de servicio de estaciones base que están en la frontera de controladores de estaciones base, se evitan los problemas que provocaba anteriormente el traspaso discontinuo sobre el control de potencia del sistema.
A continuación se describirá más detalladamente la invención haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales
la figura 1 es una ilustración a título de ejemplo de un diagrama de bloques de la estructura de un sistema celular de comunicaciones,
la figura 2 es una ilustración a título de ejemplo de un sistema celular de comunicaciones según la invención,
las figuras 3a a 3c son ilustraciones a título de ejemplo de una configuración de estaciones base, y
la figura 4 ilustra el funcionamiento del método de la invención.
La figura 1 ilustra una estructura típica de un sistema celular de comunicaciones. El área que abarca al sistema está dividida típicamente en sistemas de estaciones base BSS cada uno de los cuales consta de un controlador de estaciones base BSC y estaciones base BTS acopladas a dicho BSC, prestando servicio dichas estaciones base a los equipos terminales de abonado MS en su área de servicio. A su vez, los controladores de estaciones base están acoplados típicamente a centros de conmutación de servicios móviles MSC desde los cuales se encaminan llamadas hacia la red fija y otros centros de conmutación de servicio móviles.
En un sistema típico que utiliza un traspaso uniforme, las funciones de control del sistema de estaciones base BSS están concentradas en un controlador de estaciones base BSC. Una estación base BTS gestiona las operaciones de la capa física, tales como la transmisión y recepción de la señal a través del trayecto de radiocomunicaciones, y, en gran medida, es un componente transparente desde el punto de vista de la señalización entre el equipo terminal y el nivel superior del sistema. Entre las funciones típicas de un controlador de estaciones base se incluyen, por ejemplo, el control de los recursos de radiocomunicaciones dentro del sistema de estaciones base BSS, la conexión de señales entre estaciones base BTS y el resto de la red, el control de la macrodiversidad, y el equilibrio del control de potencia en todo el área del BSS.
En la figura 2 se ilustra la estructura de un sistema celular de comunicaciones. La figura muestra una serie de células dentro del sistema, prestando servicio a cada célula una estación base. El área del sistema en la figura está dividida en cuatro sistemas de estaciones base A, B, C, y D, indicados así en la figura. En un sistema celular de comunicaciones de la invención, a las células ubicadas en la zona de la frontera entre sistemas de estaciones base les prestan servicio dos estaciones base que pertenecen a áreas de diferentes controladores de estaciones base. En la figura, estas células se indican por medio de dos letras, por ejemplo, AB, prestando servicio, por lo tanto, a dicha célula estaciones base bajo el control de los sistemas de estaciones base A y B.
Los funcionamientos de las dos estaciones base son independientes entre sí, aunque como sus áreas de cobertura y condiciones de propagación son idénticas, sus funcionamientos no interfieren mutuamente. Ambas estaciones base controlan independientemente los niveles de potencia de transmisión de aquellos equipos terminales a los que están acopladas. Adicionalmente, ambas estaciones base funcionan en la misma gama de frecuencias, aunque utilizan diferentes códigos de ensanchamiento. Debido a que el área de cobertura es idéntica, el nivel de interferencia para ambas estaciones base es idéntico, y por lo tanto, las funciones de control de potencia se equilibran tal como en una situación en la que a una célula le presta servicio una estación base. No obstante, debería indicarse que la capacidad combinada de las estaciones base es la misma que en un caso de una célula que comprenda una estación base, ya que la interferencia total de la célula que limita la capacidad de dicha célula, es igual en ambos casos.
Las células superpuestas comprenden habitualmente dos estaciones base, aunque en las esquinas de los sistemas de estaciones base puede que sea necesario usar una combinación de, por ejemplo, tres o incluso más estaciones base. En el ejemplo de la figura 2, la célula central, ubicada en el nodo de cuatros sistemas de estaciones base, comprende estaciones base bajo el control de cuatro controladores de estaciones base A, B, C y D.
En el ejemplo de la figura 2, existen células con una profundidad de una célula, aunque en la frontera de las áreas de los BSS también es posible usar células superpuestas con una profundidad de dos células. La planificación de la red se debe llevar a cabo de manera que no surja una situación en la que un equipo terminal debería situarse en una situación de traspaso uniforme a estaciones base de diferentes sistemas de estaciones base. Una situación tal como esta se puede evitar siempre, si existe una profundidad suficiente en la superposición de las células.
Las estaciones base que prestan servicio a la misma área geográfica se pueden implementar de varias formas diferentes, ilustrándose alguna de ellas en las figuras 3a a 3c. La figura 3a ilustra un ejemplo en el que las estaciones base se han implementado como unidades 30, 31 totalmente independientes entre ellas, y ambas tienen antenas independientes 32, 33. Las antenas se deberían situar próximas entre sí de manera que el trayecto de radiocomunicaciones de ambas células presente las mismas condiciones de propagación. Cada estación base está conectada a un controlador propio 34, 35 de estaciones base.
La figura 3b muestra una forma de realización preferida de la invención, estando separados, en dicha forma de realización, los propios equipos 30, 31 de estaciones base, aunque utilizando la misma antena 32. En tal caso, los costes de una estación base son menores que en la forma de realización mencionada anteriormente, ya que los costes de la antena y el mástil son menores.
La figura 3c ilustra una segunda forma de realización preferida de un sistema celular de comunicaciones según la invención, implementándose en dicha forma de realización los equipos de estaciones base superpuestos mediante la división de un equipo físico 36 de estación base en dos secciones lógicas 30, 31 las cuales están bajo el control de diferentes controladores 34, 35 de estaciones base y utilizan la misma antena 32. De este modo las estaciones base 30, 31 utilizan los mismos recursos físicos excepto que el equipo debe tener conexiones independientes para dos controladores de estaciones base.
A continuación, se describirá más detalladamente el método de la invención por medio de la figura 4. La figura muestra dos controladores de estaciones base BSC1 y BSC2. De entre las estaciones base bajo el control del primer controlador de estaciones base BSC1, en la figura se muestran las estaciones base BTS11 a BTS14. De entre las estaciones base bajo el control del segundo controlador de estaciones base BSC2, en la figura se muestran las estaciones base BTS21 a BTS25.
El equipo terminal de abonado MS se desplaza en el área BSC1 hacia el área BSC2. Cuando el equipo terminal se desplaza desde una célula a otra, el controlador de estaciones base BSC1 atiende a los traspasos y la estabilidad del control de potencia. Los traspasos se llevan a cabo como traspasos uniformes de manera que se establece una conexión con la estación base nueva antes de que se interrumpa la conexión antigua.
Consideremos que un equipo terminal MS se desplaza desde la célula 40 a la que presta servicio la estación base BTS12 hacia la célula 41 que está en la frontera entre dichos dos sistemas de estaciones base. A dicha célula le prestan servicio dos estaciones base superpuestas, BTS11 y BTS21. La BTS11 está acoplada al controlador BSC1, y la BTS21 está acoplada al controlador de estaciones base BSC2. Cuando el equipo terminal se desplaza a la célula 41, lleva a cabo, controlado por el BSC1, un traspaso uniforme hacia un canal de tráfico de la estación base BTS11.
Consideremos además que el equipo terminal se desplaza hacia la célula 42 y finalmente hacia su área. La estación base BTS22 que presta servicio a la célula 42 está bajo el control del BSC2. Antes de que resulte posible activar la estación base BTS22 para el traspaso, en primer lugar se debe conmutar el control de la llamada hacia el controlador de estaciones base BSC2 desde el controlador anterior BSC1. Esto se realiza por medio de un traspaso discontinuo. El equipo terminal lleva a cabo un traspaso discontinuo desde la estación base BTS11 a la estación base BTS21, y consiguientemente, tiene lugar el cambio de controlador de estaciones base desde el BSC1 al BSC2. En un traspaso discontinuo, el código de ensanchamiento utilizado por el equipo terminal varía. Como, desde el punto de vista del equipo terminal, el traspaso se lleva a cabo en la misma célula, en el control de la potencia no se producen cambios repentinos.
Si, en el momento en el que se lleva a cabo el traspaso, el equipo terminal está acoplado simultáneamente a varias estaciones base que prestan servicio a células superpuestas, el traspaso discontinuo también se lleva a cabo en estas estaciones base simultáneamente. Una situación tal como esta es posible especialmente en casos en los que haya estaciones base superpuestas con una profundidad de varias células en las zonas de la frontera entre sistemas de estaciones base.
De este modo, en este momento el equipo terminal está bajo el control del controlador de estaciones base BSC2, y cuando se desplaza introduciéndose más en la célula 42, puede llevar a cabo un traspaso uniforme a un canal de la estación base BTS22 según la manera normal.
Aunque la invención se ha descrito anteriormente haciendo referencia a los ejemplos en los dibujos adjuntos, es evidente que la invención no se limita a ellos, si no que se puede variar de muchas maneras incluidas en la idea de la invención de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (9)

1. Método para un traspaso en un sistema celular de comunicaciones que comprende por lo menos una estación base (BTS) por cada célula, estando controlada dicha estación base por un controlador de estaciones base (BSC) que controla una o más estaciones base, y formando dicho controlador de estaciones base junto con las estaciones base bajo su control un sistema de estaciones base (BSS), caracterizado porque en la frontera de dos o más sistemas de estaciones base (BSS1, BSS2), las áreas de servicio de estaciones base bajo diferentes controladores de estaciones base (BSC1, BSC2) se superponen por lo menos parcialmente, y porque cuando un equipo terminal (MS) se desplaza desde un sistema de estaciones base (BSC1) a otro (BSC2), el traspaso se lleva a cabo de manera que cuando el equipo terminal se desplaza a una célula a la que prestan servicio dos o más estaciones base (BTS11, BTS21) que pertenecen a áreas de diferentes controladores de estaciones base, el equipo terminal lleva a cabo un traspaso uniforme desde la célula antigua (BTS12) a la célula nueva (BTS11), y cuando se desplaza adicionalmente hacia la frontera de la célula, lleva a cabo un traspaso discontinuo desde la estación base (BTS11) del sistema antiguo de estaciones base (BSS1) hacia la estación base (BTS21) del sistema nuevo de estaciones base (BSS2) en el que el área de servicio de dicha estación base (BTS21) se superpone por lo menos parcialmente con la estación base anterior.
2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque si, en el momento en el que se lleva a cabo el traspaso discontinuo, el equipo terminal está acoplado simultáneamente a varias estaciones base que están ubicadas en células en las que se superponen por lo menos parcialmente áreas de servicio de estaciones base que pertenecen a áreas de diferentes controladores de estaciones base, el traspaso discontinuo se lleva a cabo simultáneamente en todas las células.
3. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque se activa un traspaso discontinuo entre dos estaciones base (BTS11, BTS21) en los casos en los que la calidad de la conexión entre un equipo terminal (MS) y la estación base antigua (BTS11) se deteriora por debajo de un umbral predeterminado.
4. Sistema celular de comunicaciones que comprende en cada célula por lo menos una estación base (BTS) controlada por un controlador de estaciones base (BSC) el cual tiene bajo su control una o más estaciones base, y formando dicho controlador de estaciones base junto con dichas estaciones base bajo su control un sistema de estaciones base (BSS), caracterizado porque en la zona de la frontera de dos o más sistemas de estaciones base (BSS), las áreas de servicio de estaciones base bajo el control de diferentes controladores de estaciones base se superponen por lo menos parcialmente y porque cuando un equipo terminal del sistema se desplaza hacia una célula a la que prestan servicio dos o más estaciones base (BTS11, BTS21) que pertenecen a áreas de diferentes controladores de estaciones base, el equipo terminal está dispuesto para llevar a cabo un traspaso uniforme desde la célula antigua (BTS12) a la célula nueva (BTS11), y cuando se desplaza adicionalmente hacia la frontera de la célula, el equipo terminal del sistema está dispuesto para llevar a cabo un traspaso discontinuo desde la estación base (BTS11) del sistema antiguo de estaciones base (BSS1) a la estación base (BTS21) del sistema nuevo de estaciones base (BSS2) en el que el área de servicio de dicha estación base (BTS21) se superpone por lo menos parcialmente con la estación base anterior.
5. Sistema celular de comunicaciones según la reivindicación 4, caracterizado porque en una frontera de dos o más sistemas de estaciones base (BSS), existen estaciones base superpuestas por lo menos parcialmente bajo el control de diferentes controladores de estaciones base con una profundidad de dos células.
6. Sistema celular de comunicaciones según la reivindicación 4, caracterizado porque en una célula que está en el nodo de dos o más sistemas de estaciones base (BSS) se encuentran las estaciones base controladas por todos los sistemas de estaciones base que forman la frontera de dicha célula.
7. Sistema celular de comunicaciones según la reivindicación 4, caracterizado porque las estaciones base superpuestas (BTS11, BTS21) se implementan por medio de dos equipos de estación base independientes.
8. Sistema celular de comunicaciones según la reivindicación 4, caracterizado porque las estaciones base superpuestas (BTS11, BTS21) tienen antenas comunes.
9. Sistema celular de comunicaciones según la reivindicación 4, caracterizado porque las estaciones base superpuestas (BTS11, BTS21) se implementan mediante la división lógica de un equipo de estación base a controlar por dos controladores de estaciones base independientes (BSC1, BSC2).
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