JP2000269919A - Ofdm通信装置 - Google Patents
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Abstract
きであっても、ユーザデータについて正確に位相補償を
行なうこと。 【解決手段】 パイロットキャリアの送信データである
既知信号は、乗算器103に送られて所定の係数を用い
て振幅調整(利得制御)される。この係数は、誤り率劣
化や全送信電力中のピーク電力の増加分などを考慮し
て、メッセージ信号の振幅よりも既知信号の振幅が大き
くなるような範囲で適宜設定される。なお、パイロット
キャリアは、全キャリアにおいて数が少ないので、パイ
ロットキャリアの利得を大きくしても全体としてピーク
電力の増加にはあまり影響はない。
Description
に関し、特に移動体通信システムにおけるOFDM通信
装置に関する。
の劣化の主な要因は、マルチパス妨害である。このマル
チパス妨害に対して強いOFDM(Orthogonal Frequenc
y Division Multiplexing)伝送方式が近年注目されてい
る。このOFDMは、ある信号区間で互いに直交する多
数(数十〜数百)のディジタル変調波を多重する方式で
ある。
信装置について説明する。図6は、従来のOFDM通信
装置の概略構成を示す要部ブロック図であり、図7は、
OFDM送受信信号の概略構成を示す模式図であり、図
8は、多値変調信号における信号空間ダイヤグラムを示
す図である。
は、変調部1で直交変調され、IFFT(Inverse Fast
Fourier Transform)部2でIFFT演算されてOFDM
信号となる。一方、既知信号は、IFFT部2でIFF
T演算されてOFDM信号となる。これらのOFDM信
号は、D/A変換部3でD/A変換されてベースバンド
信号となる。このベースバンド信号は、増幅されて送信
信号としてアンテナを介して送信される。
A/D変換器7によってディジタル信号に変換され、F
FT(Fast Fourier Transform)部6でFFT演算され、
シンボル同期確立のために信号の先頭に配置されたパイ
ロットシンボルを用いて同期検波部5で同期検波が行わ
れる。同期検波後の信号は、位相補償部4に送られ、パ
イロットシンボルの位相に基づいて位相補償される。
ットシンボルの他に、受信信号に対して位相補償を行う
ための既知信号を含むパイロットキャリアが含まれてい
る。ここでは、図7に示すように、4キャリア含まれて
いるものとする。ここでは、図8に示すように、パイロ
ットキャリアに含まれる既知信号は、2ビットで送られ
ており、ユーザデータは、16QAM(Quadrature Ampl
itude Modulation)変調(4ビット)で送られている。
既知信号については、キャリア毎に位相差が検出され、
全パイロットキャリアの位相差の平均値が算出される。
この位相差の平均値が受信信号に対する位相回転量(残
留周波数オフセット補正量)となる。そして、パイロッ
トキャリアが分離された受信信号の残り、すなわちユー
ザデータは、位相補償器4によって、求められた位相回
転量に応じて位相補償される。このように、送信信号に
挿入されたパイロットキャリアに基づいて、受信信号の
位相回転量を算出して、位相誤差を検出している。
には、熱雑音が重畳される。この場合、熱雑音は、パイ
ロットキャリアにも、他のサブキャリアにも同等に重畳
される。したがって、パイロットキャリアに含まれる既
知信号に基づいてユーザデータについて位相補償を行う
と、ユーザデータには、サブキャリアに重畳された熱雑
音に加えてパイロットキャリアに重畳された熱雑音が含
まれることになる。このため、通信環境において、熱雑
音のレベルが高い状況、すなわち信号対雑音電力比(C
/N比)が低いときには、既知信号を用いた位相誤差の
検出精度が低下して、ユーザデータについて正確な位相
補償を行うことができないという問題がある。
あり、信号対雑音電力比(C/N比)が低いときであっ
ても、ユーザデータについて正確に位相補償を行うこと
ができるOFDM通信装置を提供することを目的とす
る。
ットキャリアの既知信号の振幅調整(利得制御)を行っ
て、又は多値直交振幅変調において振幅の大きい信号を
パイロットキャリアに割り当てて、既知信号についての
C/N比を高くして、通信環境におけるC/N比が低い
ときであっても、ユーザデータについて正確に位相補償
を行うことができるようにすることである。
M通信装置は、パイロットキャリアの既知信号の振幅を
他のサブキャリアの信号の振幅よりも大きくなるように
調整する振幅調整手段と、振幅を調整された既知信号及
び前記信号を含むOFDM信号を送信する送信手段と、
を具備する構成を採る。
の振幅を大きくしているので、既知信号についてC/N
比を高くとることができる。したがって、通信環境にお
いて、熱雑音のレベルが高い状況、すなわちC/N比が
低いときでも、受信側では、パイロットキャリアの既知
信号を位相誤差検出のために十分なレベルで受信するこ
とができ、位相誤差の検出精度を保ことができる。これ
により、既知信号を用いて精度良く位相誤差検出を行う
ことができ、ユーザデータについて正確な位相補償を行
うことができる。
置は、多値直交振幅変調された信号において比較的大き
い振幅を有する信号をパイロットキャリアに割り当てる
キャリア割り当て手段と、前記パイロットキャリアの信
号及び他のサブキャリアに割り当てられた信号を含むO
FDM信号を送信する送信手段と、を具備する構成を採
る。
振幅変調方式で振幅の大きい信号を既知信号としている
ので、既知信号についてC/N比を高くとることができ
る。この場合、既知信号を用いて精度良く位相誤差検出
を行うことができ、ユーザデータについて正確な位相補
償を行うことができると共に、特別な振幅調整(利得制
御)が不要となり、装置の簡略化を図ることができる。
置は、第1の態様において、振幅調整手段が、ビットシ
フト器及び加減算器で構成される。
であるので、演算量を減らすことができ、ハード規模を
削減することができる。
置は、第1の態様において、通信回線の品質を推定する
回線品質推定手段と、推定された品質に応じて振幅調整
を制御する振幅調整制御手段と、を具備する構成を採
る。
振幅調整を制御するので、位相誤差検出特性を向上させ
ると共に、ピーク電力の増加を防止することができる。
置は、第4の態様において、回線品質推定手段が、複数
シンボル又は複数スロット分の回線品質推定値を平均化
する平均手段を有する構成を採る。
数シンボル又は複数スロットにわたって蓄積すると共に
平均値を算出しているので、回線品質の推定結果の信頼
性が向上し、利得係数をさらに最適に選定することがで
きる。
第1から第5のいずれかの態様のOFDM通信装置を備
えたことを特徴とする。本発明の第7の態様に係る通信
端末装置は、第1から第5のいずれかの態様のOFDM
通信装置を備えたことを特徴とする。これらの構成によ
れば、信号対雑音電力比(C/N比)が低いときであっ
ても、ユーザデータについて正確に位相補償を行うこと
ができ、しかもマルチパス妨害に対して強い通信を行う
ことができる。
法は、パイロットキャリアの既知信号の振幅を他のサブ
キャリアの信号の振幅よりも大きくなるように調整する
振幅調整工程と、振幅を調整された既知信号及び前記信
号を含むOFDM信号を送信する送信工程と、を具備す
る。
の振幅を大きくしているので、既知信号についてC/N
比を高くとることができる。したがって、通信環境にお
いて、熱雑音のレベルが高い状況、すなわちC/N比が
低いときでも、受信側では、パイロットキャリアの既知
信号を位相誤差検出のために十分なレベルで受信するこ
とができ、位相誤差の検出精度を保ことができる。これ
により、既知信号を用いて精度良く位相誤差検出を行う
ことができ、ユーザデータについて正確な位相補償を行
うことができる。
法は、多値直交振幅変調された信号において比較的大き
い振幅を有する信号をパイロットキャリアに割り当てる
キャリア割り当て工程と、前記パイロットキャリアの信
号及び他のサブキャリアに割り当てられた信号を含むO
FDM信号を送信する送信工程と、を具備する。
振幅変調方式で振幅の大きい信号を既知信号としている
ので、既知信号についてC/N比を高くとることができ
る。この場合、既知信号を用いて精度良く位相誤差検出
を行うことができ、ユーザデータについて正確な位相補
償を行うことができると共に、特別な振幅調整(利得制
御)が不要となり、装置の簡略化を図ることができる。
図面を参照して詳細に説明する。 (実施の形態1)図1は、本発明の実施の形態1に係る
OFDM通信装置を示すブロック図である。
ッセージ)は、変調部101で、例えば、QPSK(Qua
drature Phase Shift Keying)やQAM(Quadrature Amp
litude Modulation)などでディジタル変調処理された
後、IFFT部102でIFFT演算されてOFDM信
号となる。
103に送られ、そこで所定の係数を用いて振幅調整さ
れる。この既知信号は、上記と同様にして、IFFT部
102でIFFT演算されてOFDM信号となる。
04でD/A変換されてベースバンド信号となる。この
ベースバンド信号は、ローパスフィルタ(図示せず)で
不要成分を除去された後に、アンプで増幅されて送信信
号としてアンテナを介して送信される。
は、自動利得制御部で利得制御されてベースバンド信号
となる。このベースバンド信号は、直交検波処理された
後にローパスフィルタで不要周波数成分が除去され、A
/D変換部108でA/D変換される。なお、直交検波
処理により受信信号は同相成分と直交成分に分かれるが
図面では一つの信号経路としている。
でFFT演算されて、各サブキャリアに割り当てられた
信号が得られる。この信号は、同期検波部106に送ら
れて、パイロットシンボルを用いて同期検波される。同
期検波された信号は、位相補償部105に送られ、そこ
で位相補償されて受信データ(メッセージ)となる。
の動作について説明する。パイロットキャリアの送信デ
ータである既知信号は、乗算器103に送られて所定の
係数を用いて振幅調整(利得制御)される。すなわち、
乗算器103で既知信号に所定の係数を乗算して振幅調
整を行う。この係数は、誤り率劣化や全送信電力中のピ
ーク電力の増加分などを考慮して、メッセージ信号の振
幅よりも既知信号の振幅が大きくなるような範囲で適宜
設定される。なお、パイロットキャリアは、全キャリア
において数が少ないので、パイロットキャリアの利得を
大きくしても全体としてピーク電力の増加にはあまり影
響はない。
交変調されたメッセージ信号と共にIFFT演算により
OFDM信号となる。このOFDM信号は、D/A変換
されてベースバンド信号となり、その後増幅されて送信
信号としてアンテナを介して送信される。
ディジタル信号に変換され、FFT演算される。この演
算後の信号は、シンボル同期確立のために信号の先頭に
配置されたパイロットシンボルを用いて同期検波され
る。同期検波後の信号は、位相補償部105に送られ
る。
に対して、パイロットシンボルを基準とした位相補償と
パイロットキャリアの既知信号を用いた位相補償の2段
階の位相補償が行われる。
ずパイロットシンボルを基準として位相補償を行ってフ
ェージングによる位相変動を除去する。次いで、このよ
うにフェージングによる位相変動を除去した信号につい
て、パイロットキャリアの既知信号を基準として位相補
償を行って残留周波数オフセットによる位相変動を除去
する。
キャリアの既知信号については、キャリア毎に位相差が
検出され、全パイロットキャリアの位相差の平均値が算
出される。この位相差の平均値が受信信号に対する位相
回転量(残留周波数オフセット補正量)となる。
の残り、すなわちユーザデータは、位相補償器105
で、求められた位相回転量に応じて位相補償される。こ
のようにして位相補償された信号が受信メッセージとし
て取り出される。
いるので、既知信号についてC/N比を高くとることが
できる。したがって、通信環境において、熱雑音のレベ
ルが高い状況、すなわちC/N比が低いときでも、受信
側では、パイロットキャリアの既知信号を位相誤差検出
のために十分なレベルで受信することができ、位相誤差
の検出精度を保ことができる。これにより、既知信号を
用いて精度良く位相誤差検出を行うことができ、ユーザ
データについて正確な位相補償を行うことができる。
セージ信号を多値直交振幅変調方式で送信する場合につ
いて説明する。メッセージ信号を多値直交振幅変調方
式、ここでは16QAM方式で送信すると、受信側にお
ける信号点配置は、図2に示すようになる。
て、原点から信号点までの距離は、振幅を表わしての
で、原点からの距離が遠いほど振幅が大きい。すなわ
ち、図2においては、信号点(0010)、(101
0)、(1000)、(0000)が大きな振幅を有す
ることになる。
パイロットキャリアの既知信号となるように、キャリア
割当てを行う。これらの4つの信号点は、上述したよう
にその他の信号点よりも振幅が大きい。したがって、こ
れらの信号点は、実施の形態1で既知信号に所定の係数
を乗算したものと等価であると考えられる。すなわち、
これらの信号点は、他の信号点に対して振幅調整を行っ
たものと考えることができる。
キャリアで送信した信号は、受信側でディジタル信号に
変換され、FFT演算される。この演算後の信号は、シ
ンボル同期確立のために信号の先頭に配置されたパイロ
ットシンボルを用いて同期検波される。同期検波後の信
号は、位相補償部105に送られる。
様にして、同期検波後の信号に対して、パイロットシン
ボルを基準とした位相補償とパイロットキャリアの既知
信号を用いた位相補償の2段階の位相補償が行われる。
の大きい信号を既知信号としているので、既知信号につ
いてC/N比を高くとることができる。この場合、特別
な振幅調整(利得制御)が不要となり、装置の簡略化を
図ることができる。
て、熱雑音のレベルが高い状況、すなわちC/N比が低
いときでも、受信側では、パイロットキャリアの既知信
号を位相誤差検出のために十分なレベルで受信すること
ができ、位相誤差の検出精度を保ことができる。これに
より、既知信号を用いて精度良く位相誤差検出を行うこ
とができ、ユーザデータについて正確な位相補償を行う
ことができる。
調整に用いる係数をビットシフトと加減算により実現可
能な値として、乗算器を用いない構成としてハード規模
を削減する場合について説明する。
DM通信装置を示すブロック図である。図3において、
図1と同じ部分については図1と同じ符号を付してその
説明は省略する。
103の代わりにビットシフト器301を設けている。
このビットシフト器301で振幅調整(利得制御)を行
う。
の動作について説明する。
知信号は、ビットシフト器301に送られて所定の係数
を用いて振幅調整(利得制御)される。すなわち、ビッ
トシフト器301でビットシフト及び加算を行うことに
より、既知信号に対して振幅調整を行う。
フトによって振幅は半分(0.5倍)になるため、2ビ
ットシフトでは0.25倍となる。ビットシフト器30
1では、1ビットシフトの出力と2ビットシフトの出力
とを加算して0.75倍の出力を得て、この出力に元の
既知信号を加算して、1.75倍の出力を得る。なお、
この倍率については、ビットシフト及び加減算処理によ
り適宜決定することができる。このように、乗算器を用
いない構成であるので、演算量を減らすことができ、ハ
ード規模を削減することができる。
交変調されたメッセージ信号と共にIFFT演算により
OFDM信号となる。このOFDM信号は、D/A変換
されてベースバンド信号となり、その後増幅されて送信
信号としてアンテナを介して送信される。
ディジタル信号に変換され、FFT演算される。この演
算後の信号は、シンボル同期確立のために信号の先頭に
配置されたパイロットシンボルを用いて同期検波され
る。同期検波後の信号は、位相補償部105に送られ
る。
様にして、同期検波後の信号に対して、パイロットシン
ボルを基準とした位相補償とパイロットキャリアの既知
信号を用いた位相補償の2段階の位相補償が行われる。
いるので、既知信号についてC/N比を高くとることが
できる。したがって、通信環境において、熱雑音のレベ
ルが高い状況、すなわちC/N比が低いときでも、受信
側では、パイロットキャリアの既知信号を位相誤差検出
のために十分なレベルで受信することができ、位相誤差
の検出精度を保ことができる。これにより、既知信号を
用いて精度良く位相誤差検出を行うことができ、ユーザ
データについて正確な位相補償を行うことができる。
調整に用いる係数を回線品質に応じて切り替える場合に
ついて説明する。これにより、位相誤差検出特性を向上
させると共に、ピーク電力の増加を防止する。
DM通信装置を示すブロック図である。図4において、
図1と同じ部分については図1と同じ符号を付してその
説明は省略する。
償部105の出力について回線推定を行い、その回線推
定値に対してしきい値判定を行って、振幅調整に用いる
係数を切り替える。すなわち、図4に示すOFDM通信
装置は、位相補償後の信号について象限判定を行う判定
部401と、判定された結果と受信信号との差分を得る
減算器402と、減算結果と所定のしきい値との差分を
得る減算器403と、減算結果に対して判定を行う判定
部404と、判定結果に基づいて振幅調整に用いる係数
を選択するセレクタ405とを有する。
の動作について説明する。
知信号は、乗算器103に送られて所定の係数を用いて
振幅調整(利得制御)される。すなわち、乗算器103
で既知信号に所定の係数を乗算して振幅調整を行う。
交変調されたメッセージ信号と共にIFFT演算により
OFDM信号となる。このOFDM信号は、D/A変換
されてベースバンド信号となり、その後増幅されて送信
信号としてアンテナを介して送信される。
ディジタル信号に変換され、FFT演算される。この演
算後の信号は、シンボル同期確立のために信号の先頭に
配置されたパイロットシンボルを用いて同期検波され
る。同期検波後の信号は、位相補償部105に送られ
る。
様にして、同期検波後の信号に対して、パイロットシン
ボルを基準とした位相補償とパイロットキャリアの既知
信号を用いた位相補償の2段階の位相補償が行われる。
限判定される。この象限判定された信号は、減算器40
2で位相補償後の信号との間で減算処理され、その減算
結果が減算器403に送られる。減算器403では、減
算器402からの減算結果としきい値との間で減算処理
を行う。ここで、しきい値は、回線品質により適宜設定
する。
に送られて、しきい値判定され、その結果がセレクタ4
05に送られる。セレクタ405では、しきい値の結果
に応じて、すなわち回線品質に応じて、既知信号の振幅
調整に用いる係数を選択する。例えば、回線品質が良い
場合、すなわち減算器402の減算結果がしきい値を超
えない場合には、比較的小さい係数1を選択して、ピー
ク電力の増加を抑制する。一方、回線品質が悪い場合、
すなわち減算器402の減算結果がしきい値を超える場
合には、比較的大きい係数2を選択して、既知信号を大
きく振幅調整して位相誤差検出特性を向上させる。これ
により、位相誤差検出特性を向上させると共に、ピーク
電力の増加を防止することができる。
を大きくしているので、既知信号についてC/N比を高
くとることができる。したがって、通信環境において、
熱雑音のレベルが高い状況、すなわちC/N比が低いと
きでも、受信側では、パイロットキャリアの既知信号を
位相誤差検出のために十分なレベルで受信することがで
き、位相誤差の検出精度を保ことができる。これによ
り、既知信号を用いて精度良く位相誤差検出を行うこと
ができ、ユーザデータについて正確な位相補償を行うこ
とができる。
品質推定結果の信頼性を向上させて、既知信号の振幅調
整の精度を向上させる場合について説明する。
DM通信装置を示すブロック図である。図5において、
図4と同じ部分については図4と同じ符号を付してその
説明は省略する。
02の結果を複数シンボル又は複数スロット平均する平
均部501を有する。
の動作について説明する。
知信号は、乗算器103に送られて所定の係数を用いて
振幅調整(利得制御)される。すなわち、乗算器103
で既知信号に所定の係数を乗算して振幅調整を行う。
交変調されたメッセージ信号と共にIFFT演算により
OFDM信号となる。このOFDM信号は、D/A変換
されてベースバンド信号となり、その後増幅されて送信
信号としてアンテナを介して送信される。
ディジタル信号に変換され、FFT演算される。この演
算後の信号は、シンボル同期確立のために信号の先頭に
配置されたパイロットシンボルを用いて同期検波され
る。同期検波後の信号は、位相補償部105に送られ
る。
様にして、同期検波後の信号に対して、パイロットシン
ボルを基準とした位相補償とパイロットキャリアの既知
信号を用いた位相補償の2段階の位相補償が行われる。
限判定される。この象限判定された信号は、減算器40
2で位相補償後の信号との間で減算処理され、その減算
結果が平均部501に送られる。平均部501では、減
算結果を複数シンボル又は複数スロットにわたって蓄積
すると共に平均値を算出して、その平均値を減算器40
3に送る。減算器403では、平均部501からの平均
値としきい値との間で減算処理を行う。ここで、しきい
値は、回線品質により適宜設定する。
送られて、しきい値判定され、その結果がセレクタ40
5に送られる。セレクタ405では、しきい値の結果に
応じて、すなわち回線品質に応じて、既知信号の振幅調
整を制御する。例えば、回線品質に応じて、振幅調整に
用いる係数を選択して切り替える。
ち平均値がしきい値を超えない場合には、比較的小さい
係数1を選択して、ピーク電力の増加を抑制する。一
方、回線品質が悪い場合、すなわち平均値がしきい値を
超える場合には、比較的大きい係数2を選択して、既知
信号を大きく振幅調整して位相誤差検出特性を向上させ
る。これにより、位相誤差検出特性を向上させると共
に、ピーク電力の増加を防止することができる。また、
減算結果を複数シンボル又は複数スロットにわたって蓄
積すると共に平均値を算出しているので、回線品質の推
定結果の信頼性が向上し、利得係数をさらに最適に選定
することができる。
を大きくしているので、既知信号についてC/N比を高
くとることができる。したがって、通信環境において、
熱雑音のレベルが高い状況、すなわちC/N比が低いと
きでも、受信側では、パイロットキャリアの既知信号を
位相誤差検出のために十分なレベルで受信することがで
き、位相誤差の検出精度を保ことができる。これによ
り、既知信号を用いて精度良く位相誤差検出を行うこと
ができ、ユーザデータについて正確な位相補償を行うこ
とができる。
信装置は、ディジタル無線通信システムにおける基地局
装置や、移動局のような通信端末装置に適用することが
できる。これにより、信号対雑音電力比(C/N比)が
低いときであっても、ユーザデータについて正確に位相
補償を行うことができ、しかもマルチパス妨害に対して
強い通信を行うことができる。
れず種々変更して実施することが可能である。また、上
記実施の形態1〜5は、適宜組み合わせて実施すること
が可能である。
信装置は、パイロットキャリアの既知信号の振幅調整
(利得制御)を行う、又は多値直交振幅変調において振
幅の大きい信号をパイロットキャリアに割り当てること
により、既知信号についてのC/N比を高くして、通信
環境におけるC/N比が低いときであっても、ユーザデ
ータについて正確に位相補償を行うことができる。
を示すブロック図
送信信号を示す信号空間ダイヤグラムを示す図
を示すブロック図
を示すブロック図
を示すブロック図
す信号空間ダイヤグラムを示す図
Claims (9)
- 【請求項1】 パイロットキャリアの既知信号の振幅を
他のサブキャリアの信号の振幅よりも大きくなるように
調整する振幅調整手段と、振幅を調整された既知信号及
び前記信号を含むOFDM信号を送信する送信手段と、
を具備することを特徴とするOFDM通信装置。 - 【請求項2】 多値直交振幅変調された信号において比
較的大きい振幅を有する信号をパイロットキャリアに割
り当てるキャリア割り当て手段と、前記パイロットキャ
リアの信号及び他のサブキャリアに割り当てられた信号
を含むOFDM信号を送信する送信手段と、を具備する
ことを特徴とするOFDM通信装置。 - 【請求項3】 振幅調整手段は、ビットシフト器及び加
減算器で構成されることを特徴とする請求項1記載のO
FDM通信装置。 - 【請求項4】 通信回線の品質を推定する回線品質推定
手段と、推定された品質に応じて振幅調整を制御する振
幅調整制御手段と、を具備することを特徴とする請求項
1記載のOFDM通信装置。 - 【請求項5】 回線品質推定手段は、複数シンボル又は
複数スロット分の回線品質推定値を平均化する平均手段
を有することを特徴とする請求項4記載のOFDM通信
装置。 - 【請求項6】 請求項1から請求項5のいずれかに記載
のOFDM通信装置を備えたことを特徴とする基地局装
置。 - 【請求項7】 請求項1から請求項5のいずれかに記載
のOFDM通信装置を備えたことを特徴とする通信端末
装置。 - 【請求項8】 パイロットキャリアの既知信号の振幅を
他のサブキャリアの信号の振幅よりも大きくなるように
調整する振幅調整工程と、振幅を調整された既知信号及
び前記信号を含むOFDM信号を送信する送信工程と、
を具備することを特徴とするOFDM通信方法。 - 【請求項9】 多値直交振幅変調された信号において比
較的大きい振幅を有する信号をパイロットキャリアに割
り当てるキャリア割り当て工程と、前記パイロットキャ
リアの信号及び他のサブキャリアに割り当てられた信号
を含むOFDM信号を送信する送信工程と、を具備する
ことを特徴とするOFDM通信方法。
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