ES2316634T3 - Metodo, sistema y terminal movil para la utilizacion optima del espectro en sistemas celulares. - Google Patents

Metodo, sistema y terminal movil para la utilizacion optima del espectro en sistemas celulares. Download PDF

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Abstract

Un método de tratamiento sobre comunicaciones entre una estación base y un terminal móvil, comprendiendo el método: transmitir (301, 402, 501, 602) información entre una primera estación base (BS1, BS2, BS3) y un terminal móvil sobre un primer par de portadoras, en el que el primer par de portadoras comprende una primera frecuencia de enlace ascendente y una primera frecuencia de enlace descendente; detectar (503, 604) que se requiere una transferencia; transmitir (509, 610) información entre una segunda estación base (BS 1, BS 2, BS 3) y el terminal móvil sobre un segundo par de portadoras, en el que el segundo par de portadoras comprende una segunda frecuencia de enlace ascendente y una segunda frecuencia de enlace descendente; caracterizado porque la detección (303, 404) comprende detectar un problema de capacidad del enlace ascendente o del enlace descendente del primer par de portadoras; y porque el método comprende además: seleccionar (305, 406) al menos la segunda frecuencia de enlace ascendente o la segunda frecuencia de enlace descendente, que corresponde al enlace ascendente o al enlace descendente del primer par de portadoras del cual se ha detectado un problema de capacidad, que ha de ser diferente de la correspondiente primera frecuencia de enlace ascendente o de la primera frecuencia de enlace descendente, cambiando de este modo la separación de distancia de separación de frecuencias entre las frecuencias de enlace ascendente y de enlace descendente; y recibir información relativa a la distancia de separación de frecuencias del segundo par de portadoras por el terminal móvil.

Description

Método, sistema y terminal móvil para la utilización óptima del espectro en sistemas celulares.
El invento se refiere a la utilización de portadoras de radio en sistemas celulares y más específicamente a un terminal móvil para uso en un sistema celular asimétrico.
En el entorno competitivo de hoy en día un operador de un sistema celular necesita llevar el mayor tráfico posible en su espectro sin disminuir la calidad del servicio. Además, un operador necesita proporcionar cobertura en áreas amplias con poco tráfico, así como en áreas más pequeñas con un tráfico muy localizado, a menudo denominados "puntos calientes". Esto se resuelve tradicionalmente teniendo una estructura celular jerárquica o suprayacente/subyacente en la que varias picocélulas o microcélulas más pequeñas están situadas dentro del área de cobertura de una macrocélula mayor. Proporcionando transferencia entre las estructuras celulares las células pequeñas solamente serán necesarias allí donde las demandas de tráfico son muy altas, o donde la cobertura de una macrocélula es marginal, por ejemplo, en algunos sitios en el interior de edificios tales como aeropuertos, estaciones de ferrocarril y edificios de oficinas.
Tradicionalmente, los operadores que emplean infraestructuras celulares suprayacente/subyacente, tales como la mostrada en la Figura 1, usan portadoras de radiocomunicación diferentes para cada nivel celular con el fin de reducir la interferencia mutua entre los niveles celulares. Ésta es una técnica natural de operadores con normas de celulares de bandas más estrechas, ya que un número relativamente grande de portadoras está disponible para cada operador. Sin embargo, es difícil la asignación de pares de portadoras diferentes de hacer cuando un operador solamente tiene disponibles dos o tres pares de portadoras, como puede ser el caso en un sistema CDMA de banda ancha (WCDMA). Como consecuencia, los operadores con un número limitado de portadoras permiten a los niveles más bajos o picocélulas usar algunos o todos los pares de portadoras de enlace ascendente y de enlace descendente asignados a la célula superior o macrocélula. Por lo tanto, los operadores emplean una de las dos técnicas siguientes, (A) asignar pares de portadoras diferentes de enlace ascendente y de enlace descendente a la picocélula y macrocélula o (B) permiten a la picocélula usar algunos o todos los pares de portadoras de enlace ascendente y de enlace descendente asignados a la macrocélula.
Un problema con el uso de pares de portadoras diferentes de enlace ascendente/enlace descendente en cada nivel celular es que puede dar lugar a un uso ineficiente del espectro. Por ejemplo, si un operador solamente tiene acceso a unos pocos pares de portadoras, por ejemplo 2, son obligados a disminuir la capacidad de su macrocélula en un 50 por ciento con el fin de cargar una célula más baja/picocélula usando un par de portadoras diferente. Como esto es típicamente inaceptable para el operador, los operadores de este sistema típicamente reutilizan el mismo par de portado-
ras en ambos niveles de la infraestructura. Esto es factible en tanto que el tráfico en la célula subyacente es bajo.
Sin embargo, el tráfico en la célula subyacente puede interferir con el tráfico de la macrocélula y puede, con tráfico celular creciente, reducir gradualmente la capacidad de la macrocélula más allá de un nivel aceptable. Entonces, desde un punto de vista de capacidad, el operador termina con el concepto A, es decir, el par de portadoras que está siendo usado por la célula subyacente será más o menos inútil para la macrocélula. Un método para mejorar la utilización de portadoras RF de banda ancha para infraestructuras suprayacente/subyacente en tales sistemas y generalmente para servicios de datos de banda ancha asimétrica está proporcionada por la Solicitud de utilización conjunta titulada "Utilización flexible de portadora".
La técnica de la solicitud de utilización conjunta mejora la utilización de portadoras RF de banda ancha al asignar una banda de frecuencia extra, por ejemplo un enlace ascendente extra, a la célula subyacente al contrario que asignar un par de frecuencias. Sin embargo, tal solución del sistema necesita un terminal móvil capaz de trabajar con un duplex variable, es decir un UL y DL no emparejados, cuando sea necesario.
En un sistema celular asimétrico, por ejemplo un WGDMA, el enlace desde un terminal móvil a una estación base, es decir el enlace ascendente (UL) y el enlace desde la estación base al terminal móvil, es decir el enlace descendente (DL), difiere en cuanto a modulación, formato de ranura, intercalamiento y codificación. Además, la distancia de frecuencias entre la UL y la DL es constante para todos los pares UL y DL (es decir, trabajan en un modo duplex fijo). Esto significa que las bandas de frecuencia de enlace ascendente y de enlace descendente tienen una separación fija en frecuencia, y si uno de los enlaces es movido a otra frecuencia el otro también es movido para mantener la separación fija en frecuencia. Esto puede dar lugar a problemas de utilización del espectro de frecuencias, como se ha discutido antes, ya que un cambio en el enlace ascendente dará lugar a un cambio en el enlace descendente y viceversa. Sin embargo, como se ha discutido antes, puede existir un problema de capacidad en el enlace ascendente pero no en el enlace descendente. En otras circunstancias puede ser el DL el que tenga un problema de capacidad antes mientras el UL es capaz de manejar el tráfico actual. Por lo tanto, no hay necesidad de un método ni de un aparato capaz de resolver el problema de un enlace con un sistema de telecomunicación que tiene problemas de capacidad mientras que el enlace correspondiente no los tiene.
Resumen del invento
El invento resuelve los problemas anteriores proporcionando un método definido en la reivindicación 1, un sistema definido en la reivindicación 9, y un móvil definido en el terminal de la reivindicación 10 capaz de proporcionar transferencia entre portadoras con distancias de separación de frecuencias duplex diferentes.
Esto se consigue proporcionando un terminal móvil capaz de trabajar con pares de portadoras de enlace ascendente y de enlace descendente no pareadas cuando sea necesario. De este modo se hace posible aumentar significativamente la utilización del espectro (capacidad) en un sistema celular usando pares de enlace ascendente y de enlace descendente asimétricos.
Breve descripción de los dibujos
Los objetos y ventajas del invento se comprenderán al leer la descripción detallada en conjunción con los dibujos, en los que:
la Figura 1 ilustra a modo de ejemplo una red suprayacente que puede emplear el aparato del invento;
la Figura 2 ilustra un diagrama de bloques de un terminal móvil de acuerdo con el invento;
la Figura 3 ilustra un diagrama de flujos de una transferencia de acuerdo con una realización del invento;
la Figura 4 ilustra un diagrama de flujos de una transferencia de acuerdo con otra realización del invento;
la Figura 5 ilustra un diagrama de flujos de una transferencia de acuerdo con otra realización del invento; y
la Figura 6 ilustra un diagrama de flujos de una transferencia de acuerdo con otra realización del invento.
Descripción detallada del invento
A continuación se describen las diversas características del invento con respecto a las figuras en la que partes iguales están identificadas con los mismos caracteres de referencia.
En la descripción que sigue, con fines explicativos y no limitativos, se exponen detalles específicos tales como los pasos, algoritmos, técnicas, circuitos particulares y similares con el fin de proporcionar un entendimiento completo del invento. Sin embargo, será evidente para un experto en la materia que el invento puede ser aplicado en otras realizaciones que se apartan de estos detalles específicos. En otros casos se omiten las descripciones detalladas de métodos, dispositivos y circuitos bien conocidos con el fin de no recargar la descripción del invento con detalles innecesarios.
A continuación se describen con más detalle éstos y otros aspectos del invento en conexión con varias realizaciones a modo de ejemplo. Para facilitar un entendimiento del invento, muchos aspectos del invento se describen en relación con las secuencias de acciones para ser realizadas por elementos de un sistema o aparato informático. Se reconocerá que en cada una de las realizaciones las diversas acciones podrían ser realizadas por circuitos especializados, por instrucciones de programas que son ejecutadas por uno o más procesadores, o por una combinación de ambos. De esta forma, los diversos aspectos del invento pueden ser incorporados de muchas formas diferentes, y todas estas formas se contemplan como incluidas dentro del ámbito del invento.
El terminal móvil o equipo de usuario (UE) de acuerdo con el invento puede en algunas situaciones mover solamente uno de los enlaces de comunicación en frecuencia. Esto implica que el UE puede operar con duplex variable, esto es la separación de frecuencia entre el enlace ascendente y el enlace descendente puede ser cambiada en ciertas situaciones. Por lo tanto, un UE de acuerdo con el invento puede operar tanto con duplex fijo como variable. Esto permite que el UE mueva uno de los enlaces sin necesidad de mover el otro. Esto se consigue proporcionando al UE con una lógica que permite al UE conmutar entre duplex fijo y variable.
La Figura 2 ilustra un diagrama de bloques de un UE de acuerdo con el invento. La parte receptora del UE incluye un receptor frontal (Fe RX) 204 que convierte en sentido descendente una señal recibida a una señal de la banda base (señal RX BB) y un decodificador de banda base 206 (RX BB) que decodifica la señal de banda base (señal RX BB). El UE también incluye un codificador 212 (TX BB) que genera símbolos y señales de filtros de forma de impulsos para ser transmitidos por el UE, y un transmisor frontal (Fe TX) 210 que convierte en sentido ascendente la señal de la banda base TX en una señal de radio para transmisión por la antena 202. Además, el UE incluye una lógica 208 que permite al UE conmutar entre duplex fijo y variable.
La lógica 208 cambia la distancia duplex representada por las frecuencias de referencia f_{FX} y f_{TX}. Los sistemas conocidos, con duplex fijo, solamente requieren una frecuencia de referencia, que es alimentada tanto al transmisor (Fe TX) como al receptor (Fe FX) ya que la distancia d entre las frecuencias de enlace ascendente y de enlace descendente (f_{TX} f_{FX}) es fija para todos los pares de portadoras. Como consecuencia, las frecuencias intermedias pueden ser determinadas conociendo solamente una de las frecuencias (f_{FX} o f_{TX}) y la distancia fija. Sin embargo, esto no es posible en un sistema en el que la distancia duplex no es fija. Por lo tanto, la lógica 208 del UE de acuerdo con el invento cambia la distancia duplex basándose en, por ejemplo, la información señalada desde la estación base y decodificada en el decodificador 206 (RX BB).
De acuerdo con una realización del invento el UE puede cambiar a operaciones duplex variables debido a problemas de capacidad dentro de la célula como está ilustrado en los diagramas de flujos de las Figuras 3 y 4. Los problemas de capacidad pueden ser detectados por la estación base, por ejemplo, detectando que el árbol de códigos está totalmente usado, o que los niveles de interferencia en el sistema son altos. En tanto que los problemas de capacidad son los más eficazmente detectados por la estación base, el UE puede también detectar altos niveles de interferencia o que una velocidad de datos deseada ha sido cambiada a una velocidad de datos más baja por la estación base. Si la estación base detecta el problema, indica al UE que debería iniciar una transferencia del enlace ascendente o enlace descendente a otra banda de frecuencias de enlace ascendente o enlace descendente. Si el UE detecta el problema envía una petición a la estación base para que le sea permitido mover el enlace a otra banda de frecuencias. En cualquiera de los casos, el enlace que no está siendo movido continúa operando.
La Figura 3 ilustra un diagrama de flujos de la situación en la que la estación base determina que existe un problema en la frecuencia de enlace ascendente. Como se ha ilustrado en el paso 301, las transmisiones entre la BS y el UE ocurren sobre una portadora de frecuencia UL1 de enlace ascendente y sobre una portadora de frecuencia DL1 de enlace descendente. En el paso 303 la BS detecta un problema, por ejemplo con la capacidad en UL1. Como se ha discutido antes, la estación base puede detectar problemas de capacidad monitorizando los niveles de interferencia dentro de la célula o detectando que el árbol de códigos está totalmente usado. La estación base determina entonces una nueva frecuencia de enlace ascendente UL2 en el paso 305. Entonces en el paso 307, se inicia la transferencia de las transmisiones de enlace ascendente del UE desde la frecuencia de enlace ascendente UL1 a la frecuencia de enlace ascendente UL2, en tanto que las transmisiones de enlace descendente del UE permanecen sin cambiar. A la terminación de la transferencia las transmisiones se realizan de nuevo entre la BS y el UE usando la frecuencia de enlace ascendente UL2 y el enlace descendente DL1 como se indica en el paso 309.
La Figura 4 ilustra un diagrama de flujos de la situación en la que la estación base determina que existe un problema en la frecuencia de enlace ascendente. Como se ilustra en la Figura 402, las transmisiones entre la BS y el UE ocurren sobre una portadora de frecuencia de enlace ascendente UL1 y sobre una portadora de frecuencia de enlace descendente DL1. En el paso 404, la BS detecta un problema, por ejemplo con la capacidad, en DL1. La estación base entonces determina una nueva frecuencia de enlace descendente DL2 en el paso 406. Entonces, en el paso 408, se inicia la transferencia de las transmisiones de enlace descendente del UE desde la frecuencia de enlace descendente DL1 a la frecuencia de enlace descendente DL2, en tanto que las transmisiones de enlace ascendente del UE permanecen sin cambiar. A la terminación de la transferencia las transmisiones se realizan ahora entre la BS y el UE usando la frecuencia de enlace ascendente UL1 y de enlace descendente DL2 como se indica en el paso 410.
Durante el proceso de movimiento de la banda de frecuencia de enlace ascendente/enlace descendente discutido anteriormente con respecto a las Figuras 3 y 4, la banda de frecuencia de enlace ascendente/enlace descendente que no es movida continúa operando. La ventaja de continuar la operación en el enlace que no es movido es que se consigue una capacidad mayor. Esto puede implicar que los procesos en bucle cerrado, tales como el control de potencia, necesitan operar en modo de bucle abierto hasta que se establezca la conexión en la nueva banda de frecuencia de enlace ascendente.
De acuerdo con otra realización del invento el UE puede cambiar a operaciones de duplex variable debido a la iniciación de una transferencia desde una macrocélula a una picocélula de interior en la que la separación de frecuencias entre pares de enlaces ascendentes y de enlaces descendentes es variable en la picocélula, como se ha descrito en la solicitud de utilización conjunta discutida anteriormente.
La Figura 5 ilustra un diagrama de flujos de la situación en la que un UE es transferido desde una macrocélula 1 a una picocélula 2 en la que las portadoras de frecuencias de enlace ascendente y de enlace descendente de la célula 2 emplean distancias de separación de frecuencias duplex diferentes. Las transmisiones entre la estación base BS1 de la célula 1 y el UE ocurren en una frecuencia de enlace ascendente UL1 y sobre una frecuencia de enlace descendente DL1 como se muestra en el paso 501. En el paso 503 se determina que se requiere una transferencia a la estación base de la célula 2. En el paso 505 se inicia una transferencia dura del enlace ascendente desde la frecuencia UL1 de la célula 1 a la frecuencia UL2 de la célula 2. Entonces, en el paso 507 se inicia una transferencia blanda o dura desde la frecuencia DL1 de la célula 1 a la frecuencia DL1 de la célula 2. A la terminación de la transferencia las transmisiones se realizan ahora entre el UE y el BS2 de la célula 2 usando UL2 y DL1 como se indica en el paso 509.
La Figura 6 ilustra un diagrama de flujos de la situación en la que se realiza una transferencia desde la célula 1 a la célula 2 con un cambio en la frecuencia de enlace descendente. Como se ilustra en el paso 602, las transmisiones entre la estación base BS1 de la célula 1 y el UE ocurren en una frecuencia de enlace ascendente UL1 y en una frecuencia de enlace descendente DL1. En el paso 604 se determina que se requiere una transferencia a la estación base BS2 de la célula 2. En el paso 606 se inicia una transferencia dura del enlace ascendente desde la frecuencia UL1 de la célula 1 a la frecuencia UL1 de la célula 2. Entonces, en el paso 608 se inicia una transferencia dura del enlace descendente desde la frecuencia DL1 de la célula 1 a la frecuencia DL2 de la célula 2. A la terminación de la transferencia las transmisiones se realizan ahora entre el UE y BS2 de la célula 2 usando UL1 y DL2 como se indica en el paso 610.
El invento ha sido descrito con referencia a realizaciones particulares. Sin embargo, resultará rápidamente evidente a los expertos en la materia que es posible realizar el invento en formas específicas distintas de las de las realizaciones específicas descritas anteriormente.
Por ejemplo, puede darse el caso en el que tanto las frecuencias de la portadora del enlace ascendente como del enlace descendente sean movidas a frecuencias con una nueva distancia duplex dentro de la misma célula o cuando sea requerida la transferencia a otra célula. Además, la información requerida para conmutar a un sistema de duplex variable pueda ser transmitido en un canal de difusión como se ha discutido en la solicitud de aplicación conjunta identificada anteriormente. De esta forma, la realización preferida es solamente ilustrativa y no debería ser considerada como restrictiva de ninguna forma. El alcance del invento está dado por las reivindicaciones anejas más que por la anterior descripción y todas las variaciones y equivalentes que caigan dentro del ámbito de las reivindicaciones se entiende que están incluidas en ellas.

Claims (10)

1. Un método de tratamiento sobre comunicaciones entre una estación base y un terminal móvil, comprendiendo el método:
transmitir (301, 402, 501, 602) información entre una primera estación base (BS_{1}, BS_{2}, BS_{3}) y un terminal móvil sobre un primer par de portadoras, en el que el primer par de portadoras comprende una primera frecuencia de enlace ascendente y una primera frecuencia de enlace descendente;
detectar (503, 604) que se requiere una transferencia;
transmitir (509, 610) información entre una segunda estación base (BS_{1}, BS_{2}, BS_{3}) y el terminal móvil sobre un segundo par de portadoras, en el que el segundo par de portadoras comprende una segunda frecuencia de enlace ascendente y una segunda frecuencia de enlace descendente;
caracterizado porque la detección (303, 404) comprende detectar un problema de capacidad del enlace ascendente o del enlace descendente del primer par de portadoras; y porque el método comprende además:
seleccionar (305, 406) al menos la segunda frecuencia de enlace ascendente o la segunda frecuencia de enlace descendente, que corresponde al enlace ascendente o al enlace descendente del primer par de portadoras del cual se ha detectado un problema de capacidad, que ha de ser diferente de la correspondiente primera frecuencia de enlace ascendente o de la primera frecuencia de enlace descendente, cambiando de este modo la separación de distancia de separación de frecuencias entre las frecuencias de enlace ascendente y de enlace descendente; y
recibir información relativa a la distancia de separación de frecuencias del segundo par de portadoras por el terminal móvil.
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2. El método de la reivindicación 1, en el que la primera y la segunda estación base (BS_{1}, BS_{2}, BS_{3}) son diferentes una de otra; y en el que la segunda frecuencia de enlace ascendente o de enlace descendente seleccionada diferente de la correspondiente primera frecuencia de enlace ascendente o de enlace descendente es la frecuencia correspondiente de enlace ascendente o de enlace descendente de la segunda estación base.
3. El método de la reivindicación 2, en el que la segunda estación base (BS_{1}, BS_{2}, BS_{3}) es una estación base de una picocélula que tiene un área de cobertura sustancialmente dentro del área de cobertura de la primera estación base (BS_{1}, BS_{2}, BS_{3}).
4. El método de la reivindicación 1, en el que la primera y la segunda estación base (BS_{1}, BS_{2}, BS_{3}) son la misma estación base.
5. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la información referente a la distancia de separación de frecuencias es proporcionada en un mensaje desde la segunda estación base (BS_{1}, BS_{2}, BS_{3}).
6. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la información referente a la distancia de separación de frecuencias está contenida en una lista de células contigua.
7. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el terminal móvil detecta que se requiere la transferencia desde el primer par de portadoras al segundo par de portadoras.
8. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la estación base (BS_{1}, BS_{2}, BS_{3}) detecta que se requiere la transferencia desde el primer par de portadoras al segundo par de portadoras.
9. Un sistema de telecomunicaciones que comprende varias estaciones base (BS_{1}, BS_{2}, BS_{3}) y un terminal móvil, comprendiendo el sistema:
medios para transmitir (204, 210) información entre una primera estación base (BS_{1}, BS_{2}, BS_{3}) y un terminal móvil sobre un primer par de portadoras, en los que el primer par de portadoras comprende una primera frecuencia de enlace ascendente y una primera frecuencia de enlace descendente;
medios para detectar que se requiere una transferencia;
medios para transmitir (204, 210) información entre una segunda estación base (BS_{1}, BS_{2}, BS_{3}) y el terminal móvil sobre un segundo par de portadoras, en los que el segundo par de portadoras comprende una segunda frecuencia de enlace ascendente y una segunda frecuencia de enlace descendente;
caracterizado
porque los medios para detectar están adaptados para detectar un problema de capacidad del enlace ascendente o del enlace descendente del primer par de portadoras;
porque el sistema comprende además medios para seleccionar al menos la segunda frecuencia de enlace ascendente o la segunda frecuencia de enlace descendente que corresponde al enlace ascendente o al enlace descendente del primer par de portadoras del que se ha detectado un problema de capacidad que ha de ser diferente de la correspondiente primera frecuencia de enlace ascendente o de la primera frecuencia de enlace descendente, cambiando de este modo la separación de la distancia de frecuencias entre las frecuencias de enlace ascendente y de enlace descendente; y
porque el terminal móvil comprende además medios lógicos (208) configurados para determinar el par de frecuencias de enlace ascendente y de enlace descendente que ha de ser utilizado por el receptor y el transmisor basándose en la información referente a la distancia de separación de frecuencias del segundo par de portadoras recibida desde el sistema de telecomunicaciones.
10. Un terminal móvil para uso en un sistema de telecomunicaciones en el que la información es transmitida entre una estación base (BS_{1}, BS_{2}, BS_{3}) y un terminal móvil sobre una de una pluralidad de pares de portadoras, comprendiendo un primer par de portadoras una primera frecuencia de enlace ascendente y una primera frecuencia de enlace descendente, comprendiendo el terminal móvil:
un receptor (204) para recibir señales sobre una pluralidad de frecuencias de enlace descendente;
un transmisor (210) para transmitir señales sobre una pluralidad de frecuencias de enlace ascendente; y
medios lógicos (208) configurados para determinar el par de frecuencias de enlace ascendente y de enlace descendente que ha de ser utilizado por el receptor (204) y por el transmisor (210) basándose en información recibida desde el sistema de telecomunicaciones; y
medios lógicos (208) configurados para detectar un problema de capacidad del enlace ascendente o del enlace descendente del primer par de portadoras y para solicitar de la estación base (BS_{1}, BS_{2}, BS_{3}) una transferencia a una segunda frecuencia diferente de enlace ascendente o de una segunda frecuencia de enlace descendente, correspondiendo al enlace ascendente un enlace descendente del primer par de portadoras del que se ha detectado un problema de capacidad, en tanto que la otra frecuencia correspondiente del par de portadoras permanece sin cambiar.
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