JP2003507956A - 基地局における電力増幅のための方法及び装置 - Google Patents
基地局における電力増幅のための方法及び装置Info
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Abstract
Description
る。より詳細には、本発明は、地上セルラー無線通信ネットワークにおける、高
い柔軟性を有し、効率的な手法において基地局の電力増幅資源を利用した無線信
号の送信方法に関連する。本発明は、本方法を実行するために必須の手段を備え
る地上無線通信ネットワークを含む。本発明は、基地局の電力増幅資源をディメ
ンジョニングする方法も含む。
て送信される無線信号の電力増幅に関連するものである。
各SCPAは単一無線周波数キャリアを増幅するものであり、セル境界に位置す
る移動体端末との通信をサポートするために十分な電力を伝達できるように設計
されていた。
いわゆるマルチキャリア電力増幅器(MCPA)を搭載することである。MCP
Aは、複数の無線周波数キャリアを備える無線信号を増幅できる。典型的に、単
一セルにサービスする基地局は、一つのMCPAもしくは、パラレルに動作する
MCPAの1グループを備える。その一方で、複数の(セクター)セルにサービ
スする基地局は、一つのMCPAもしくは、各セルについてパラレルに動作する
MCPAの1グループを備える。
Aを利用することによる第1の利点は、ダウンリンク電力制御(DPC)及び間
欠送信(discontinuous transmission:DTX)のような機能からもたらされる
利益として、所定数の無線周波数キャリアをサポートするために必要なトータル
出力電力を統計的に削減することができる。DPC機能を利用することにより、
統計的に約4から6dBの出力電力削減を見積もることができ、DTX機能では
、統計的に約3から4dBの削減を見積もることができる。そして、トータルで
は約十倍となる。このことは、所定数のキャリアをサポートするために設計され
たMCPAは、同数のキャリアを複数のSCPAでサポートする場合に必要とさ
れるトータル出力電力と比較すると、相当に低い出力電力で伝達可能であること
を意味する。
ために、セル内の無線周波数キャリアの数が高いものでなくてはならない。
を開示する。ここでは、複数の狭アンテナビーム、例えば10ビームが、セル内
の無線カバーエリアを提供するために利用される。基地局は、複数の線形電力増
幅器を組み合わせた第1の電力共有ネットワークを備え、当該複数の線形電力増
幅器は、第2の電飾共有ネットワークとも組み合わされている。第1の電力共有
ネットワークは、その入力ポートの一つから受信した入力信号を、実質的に等価
な電力レベルにおいて、互いに位相をずらせて、対応する複数の線形電力増幅器
へ等しく分配する。当該線形増幅器は、第1の電力ネットワークからの各出力信
号をそれぞれ独立して増幅する。第2の電力共有ネットワークは、位相がずらさ
れた増幅信号を受信し、位相のずらされた増幅された入力信号の結合電力レベル
と比較して平均的な電力レベルを有する出力信号を、第2の電力共有ネットワー
クへ提供する。第2の電力共有ネットワークからの出力信号は、狭アンテナビー
ムの一つにおいて拡散される。米国特許第5,854,611号に開示される基
地局及びアンテナシステムは、各狭アンテナビームのための大して役に立たない
専用電力増幅器の必要を排除し、狭アンテナビームの利用に関連する利益を提供
する。
の出力ターミナルに独立して提供される複数の入力ターミナルへの信号は、複数
の増幅器による出力電力許容量を共有する。特許明細書は、電力増幅装置のマル
チビーム衛星通信システムへの適用について端的に議論している。
、コスト効率が高く、柔軟性を有する無線信号電力増幅を実行する方法をいかに
して提供するかということである。
信される無線信号の増幅に利用する方法及び装置によって当該課題は本質的に解
決される。
無線信号と第2の無線信号を備える低電力無線信号の第1のセットを生成する。
第1の無線信号は、セルラー無線通信ネットワークの第1のセルで利用するため
に割り当てられた周波数を有する無線キャリアコンポーネントを構成するために
生成される。第2の無線信号は、セルラー無線通信ネットワークの第2のセルで
利用するために割り当てられた周波数を有する無線キャリアコンポーネントを構
成するために生成される。無線信号の第1のセットに対応する増幅無線信号の第
2のセットは、マルチキャリア電力増幅器の共通セットを利用して無線信号の第
1のセットを増幅することにより生成される。増幅無線信号の第2のセットは、
関連するアンテナビームにおいて拡散され、第1の無線信号に対応する増幅無線
信号は、第1のセルと関連するアンテナビームにおいて拡散され、第2の無線信
号に対応する増幅無線信号は第2のセルと関連するアンテナビームにおいて拡散
される。
てコスト効率が高く柔軟な、無線信号電力増幅方法を提供することにある。
ータル出力電力を与えられたより多くの無線キャリアにサービスするために伝達
すべき最大トータル出力電力を削減することにある。
割当てを可能とすることにある。
を、セルでの容量要求の変化に応じて適応させることである。
おいてコスト効率が高く柔軟な、無線信号電力増幅方法が提供されることにより
もたらされる。
スする基地局のトータル最大出力電力が削減されることである。これは、基地局
の装置コスト、電力消費、サイズ及び重量が削減できることを意味する。
セル間の出力電力の再割当てが可能となることである。
無線周波数キャリアの数を、セルでの容量要求の変化に応じて適応させられるこ
とである。
記載される。
ク101と呼ぶ)、移動端末MS1乃至MS4のセットを備える、無線通信シス
テム100の一部を示す。図1に示される無線通信システム100において、セ
ルラーネットワーク101と移動端末MS1乃至MS4の間の通信は、TIA/
EIA IS−136エアインタフェース規定に基づくものである。セルラーネ
ットワーク101は、移動通信交換局MSC1及びMSC1に接続された基地局
BS1乃至BS3を備える。基地局BS1乃至BS3は、移動通信交換局MSC
1によってサービスされる地理的エリアにおいて無線カバーエリアを提供する。
移動通信交換局MSC1は、移動通信交換局MSC1によってサービスされる地
理的エリアに位置する移動局MS1乃至MS4への呼及び当該移動局MS1乃至
MS4からの呼の交換を行う。ここで、注意すべきは、図1は本発明を図示する
ために必要とみなされる要素のみを含むものであって、典型的なセルラーネット
ワークは、いくつかの移動通信交換局、より多くの基地局、さらには、ホームロ
ケーションレジスタのような他のタイプのノードを備えるものである。
波数のグループを、セルのような制限的な地理的カバーエリアでの利用のために
割り当てる技術である。異なるセル内の呼者が、互いに干渉することなく同一周
波数を同時に利用できるように、等価な周波数グループを含むセルは地理的に分
離される。図1は、移動通信交換局MSC1によってサービスされる地理的エリ
アが、5つのセルC1乃至C5に分割される態様を示している。C1乃至C5に
おいて、各無線カバーエリアは基地局BS1乃至BS3のいずれかによって提供
される。基地局BS2とBS3は、セルC4及びC5のそれぞれにおいて無線カ
バーエリアを提供する。すなわち、基地局BS2とBS3は、一つのセルにおい
て無線カバーエリアを提供する。その一方で、基地局BS1(以下において第1
の基地局BS1として引用する)は、三つのセルC1乃至C3において無線カバ
ーエリアを提供する。すなわち、基地局BS1は、複数のセル内において無線カ
バーエリアを提供する。基地局BS1乃至BS3のいずれか一つからの、移動局
MS1乃至MS4への無線信号の送信は、ダウンリンク方向において発生すると
いえる。その一方、移動局MS1乃至MS4のいずれか一つからの、基地局BS
1乃至BS3のいずれか一つへの無線信号の送信は、アップリンク方向において
発生するといえる。
を割り当てることによって実行される処理である。現在、大半の周波数プラニン
グは、事前に(a priori)なされている。すなわち、固定周波数プランが、各セ
ルラーネットワークのオペレータによって”ハードワイヤード(hard-wired)”
的に設置されている。これは、固定チャネル割当て(fixed channell allocatio
n:FCA)としても知られている。図2は、FCA手法の一例であって、周波数
再利用のための”4/12”セルパターンと呼ばれる形態を示す図である。”4
/12”セルパターンは、図1のセルラーネットワーク101に適用される。こ
の再利用パターンでは、セルラーネットワーク101に割り当てられる全周波数
帯域が、FA1乃至FA3、FB1乃至FB3、FC1乃至FC3及びFD1乃
至FD3の12の周波数グループに分割される。各セルは、図2に示すパターン
に対応した周波数グループが割り当てられる。すなわち、たとえば、セルC1乃
至C5は、周波数グループFA1乃至FA3、FB2及びFD1が割り当てられ
る。
クの容量を最大限に利用するために、セルラーネットワーク全体で、周波数を動
的に割り当てる方法である。ACA手法では、より多くの周波数が、より負荷の
少ないセルからビジーなセルに割り当てられる。さらに、チャネルはすべてのリ
ンクが十分な品質を有するように割り当てられることができる。異なるACA手
法を統合する技術は、国際出願番号WO97/32444及び米国特許第5,4
91,837号に記載された手法により提案されている。ここで、セル内におい
て周波数を利用可能とすると言ったセル内での利用のための周波数割当と、実際
に割り当てられた周波数を利用して無線周波数キャリアの送信を実行することと
は相違するといえよう。しかしながら、周波数を割り当てることと、実際に周波
数を無線送信のために利用することの2つのステップは、本質的には同時に発生
してもよい。
の実質的な部分は、基地局から送信される無線信号の電力増幅に関連する。電力
増幅装置に関連するコストは、本質的に基地局が伝達しようとするトータル最大
出力電力に比例する。すなわち、基地局において利用可能な出力電力を可能な限
り効果的に利用し、必要とされるトータル最大出力電力を最小化することが重要
となる。基地局が、より少ないトータル最大出力電力を伝達するように設計され
ることにより、装置のコストのみならず、電力消費、サイズ及び、重量が削減さ
れる。
信(音声作動送信:voice operated transmissionとも呼ばれる。)を無線キャリ
アに適用することにより、平均的な無線キャリア信号電力を減少することができ
る。これらの電力削減機能は、セルラーネットワーク内の干渉レベルを減少させ
、バッテリーパワーを節約することにより移動局の動作時間を改善するために利
用されてきた。このような電力削減機能が、ダウンリンク方向において基地局に
よって送信される無線キャリアに適用されると、基地局が特定数の無線キャリア
をサポートするために必要とするトータル最大出力電力を統計的に削減する事が
できる。必要とされるトータル出力電力の統計的な削減は、たとえば、出力電力
が、各キャリア上の各タイムスロットに個別に設定されるならば、到底起こり得
ないこととなり、もし、十分な数の無線キャリアが存在する場合は、すべての無
線キャリアが同時に最大出力電力を要求するような最悪状況が発生するであろう
。最悪のケースが発生する可能性は非常に低いので、最悪の場合に対処するため
に基地局を十分な出力電力を提供するように設計しなくてもよい。その代わりに
、十分低いが皆無ではない可能性を有する状況、すなわち、基地局が十分な出力
電力を供給できないような状況が発生した場合に備えて、基地局を十分な出力電
力を提供するように設計できる。
ロットに個別に適用された場合に、要求されるトータル出力電力PRED1(d
B)の統計的な減少の見積もりを無線キャリアの数Nの関数として示す図である
。
ウンリンク電力制御機能の利用による、要求される出力電力における統計的な減
少は、およそ4dBと見積もられる。このように、たとえば15個の無線キャリ
アをサポートするように設計された電力増幅器は、5個の無線キャリアをサポー
トするように設計された電力増幅器と比較して、無線キャリアそれぞれについて
十分低い出力電力を伝達することができる。
ク方向における電力削減機能の利用による利益を十分に享受するために、基地局
が伝達すべきトータル最大出力電力をさらに減少させるための方法を提供する。
クに共通する状態は、所定の時間帯(time period)の経過とともに、セルから
セルへと変動する容量要求(capacity demand)である。もし、セルC1がスポ
ーツセンターをカバーし、セルC2がショッピングエリアをカバーし、セルC3
がオフィスエリアをカバーするならば、セルC1乃至C3における容量要求は、
大幅に変動するものと予測される。さらに、ある時点においては、容量要求は3
つのセルのすべてにおいて同時にそのピークには至らない。セルC1における容
量要求は、スポーツセンターにおいて何らかの大きなイベントがあったときにの
み高くなるであろうから、基本的には1週間のうち幾晩かがこれに該当するだろ
う。セルC2における容量要求は、買い物の時間帯においてのみ高くなるであろ
う。たとえば、ランチタイムや平日の夕方早い時間帯などである。セルC3にお
ける容量要求は、就業時間帯においてのみ高くなるであろう。何らかの適応チャ
ネル割当手法を適用することにより、セルラーネットワーク101は、セル内で
の容量要求の変化に対応してセルC1乃至C3のそれぞれに割り当てられた周波
数のセットを適用する事ができるであろう。しかしながら、もし、例えばサッカ
ーの試合と関連した過剰な容量要求のために、セルC1に1以上の追加の周波数
が割り当てられていた場合は、第1の基地局BS1は、追加された周波数につい
てもダウンリンク送信をサポートするために、セルC1内において十分な出力電
力を伝達しなければならない。このように、セルC1内で追加の周波数を割り当
てて過剰な容量要求をサポートするACA手法によって提供される恩恵に浴する
ためには、第1の基地局BS1は、滅多に利用されないセルC1における余剰の
出力電力容量(spare output power capacity)を伴うように設計される必要が
あるだろう。
出力電力容量を利用することなくサポートするために、第1の基地局BS1が十
分な出力電力をセルC1に供給できるようにするための課題を解決する手段を提
供する。
地局から送信される無線信号を増幅するために、マルチキャリア電力増幅器の共
通のセットを利用することである。
地局のトータル最大出力電力のさらなる統計的削減を実現するため、及び/又は
、適応チャネル割当手法を利用して割り当てられた追加の周波数をサポートする
ために、セル内における余剰出力電力容量を伴う基地局の設計の必要性を排除す
るために、本発明の異なる実施形態にも適用することができる。
セットを利用する代わりに、1以上のセルにサービスするために、マルチキャリ
ア電力増幅器の共通セット(common set)を利用するので、マルチキャリア電力
増幅器の共通セットは、マルチキャリア電力増幅器の個別セット(individual s
et)のそれぞれが扱っていた無線周波数キャリアの数と比較して、より多くの数
の無線周波数キャリアを扱うことができる。従って、図3と関連して上述したよ
うに、ダウンリンク電力制御、もしくは、間欠送信のようなダウンリンク電力削
減機能を伴ったマルチキャリア電力増幅器の共通セットの利用は、基地局におい
て要求されるトータル最大出力電力の削減につながる。
利用は、マルチキャリア電力増幅器の共通セットにより生成される様々な量のト
ータル出力電力を、異なるセル間で分配することをも基地局に可能とする。よっ
て、すべてのセルにおけるトータル電力需要がマルチキャリア電力増幅器の共通
セットが生成可能な最大出力電力を越えない限り、出力電力を追加の周波数のサ
ポートがあるセルに分配することが可能である。
型的な第1の実施形態は、図4から図7を参照して記載される。
示した図であり、本発明の第1の実施形態に対応するものである。
ンテナシステム403を備える。無線信号生成手段は、3つのマルチキャリア送
受信機405から407に接続されたデジタルベースバンドユニット404を備
える。
4乃至427を有する電力共有ネットワーク(power sharing network)408
、それぞれが入出力を有するマルチキャリア電力増幅器の共通セット409乃至
412、複数の入力ポート428乃至431及び出力ポート432乃至435を
有する逆電力共有ネットワーク(inverse power sharing network)413を含
む。各増幅器409乃至412は、その入力ポートが、電力共有ネットワーク4
08の出力ポート424乃至427のいずれか一つと接続され、その出力が逆電
力共有ネットワーク413の入力ポート428乃至431のいずれか一つと接続
されている。
び第3のアンテナ416を含む。アンテナ414乃至416は、3つのセルC1
乃至C3の異なる一つとそれぞれが関連づけられ、関連するセルをカバーするア
ンテナビーム417乃至419を提供する。
信交換局MSC1との通信を処理するための1以上の制御プロセッサ(図4中に
は不図示)を備える。
メモリユニット441に格納されたプログラム命令を実行する。
ァイバーや無線リンクを使って互いに通信する。
おける無線信号の送信処理のフローチャートである。
、無線信号生成手段401によって生成される。低電力無線信号の第1のセット
S11乃至S13は、第1の無線信号S11、第2の無線信号S12及び第3の
無線信号S13を含む。第1の無線信号S11は、第1のセルC1と関連づけら
れ、第1のセルC1において利用するために割り当てられた周波数を有する無線
キャリアコンポーネントを構成するように生成されている。同様にして、第2の
無線信号S12は、第2のセルC2と関連づけられ、第2のセルC2において利
用するために割り当てられた周波数を有する無線キャリアコンポーネントを構成
するように生成されている。さらに、第3の無線信号S13も、第3のセルC3
と関連づけられ、第3のセルC3において利用するために割り当てられた周波数
を有する無線キャリアコンポーネントを構成するように生成されている。
リアコンポーネントが3つの信号S11乃至S13のそれぞれに含まれるべきで
あるかに関する命令を受信し、前記信号S11乃至S13に対応する3つのデジ
タルベースバンド信号を生成する。デジタル信号は、対応するデジタルベースバ
ンド信号をDA変換及び無線周波数変換することにより3つの信号S11乃至S
13を生成する3つのマルチキャリア送受信機405乃至407へパスされる。
第1のセットS11乃至S13を増幅することにより、無線信号の第1のセット
S11乃至S13に対応する増幅無線信号の第2のセットS21乃至S23が生
成される。すなわち、無線信号の第2のセットS21乃至S23は、無線信号の
第1のセットS11乃至S13の各信号を増幅したものである。
共有ネットワーク408によって出力ポート424乃至427において提供され
る。電力共有ネットワーク408は、無線信号の第1のセットS11乃至S13
を、入力ポート420乃至422において受信し、無線信号の第1のセットS1
1乃至S13の各信号の一部を、出力ポート424乃至427のそれぞれに分配
する。無線信号の第1のセットS11乃至S13の各信号は、実質的に均等な電
力レベルを有し、位相が互いにずれるように出力ポート424乃至427のそれ
ぞれにおいて部分的に分配される。このように、無線信号の第3のセットにおけ
る信号S31乃至S34のそれぞれは、たとえば、第1の無線信号のS11の同
等な部分を含むであろう。しかしながら、信号S31およびS32における第1
の無線信号のS11の一部は、互いに位相がシフトしているであろう。
チキャリア電力増幅器の共通セット409乃至412における増幅器の一つにお
いて、無線信号の第3のセットS31乃至S34の各信号を増幅する事によって
与えられる。
力共有ネットワーク413からその出力ポート432乃至434において提供さ
れる。逆電力共有ネットワーク413は、無線信号の第4のセットS41乃至S
44にたいし電力共有ネットワーク408の逆処理を実行する。このように、逆
電力共有ネットワーク413は、第1の無線信号S11から派生した第3のセッ
トS31乃至S34における各信号の内容を再結合することにより、たとえば、
第1の信号S11に対応する無線信号の第2のセットの信号である信号S21を
提供する。
る無線信号の第2のセットS21乃至S23は、関連するアンテナビーム417
乃至419において拡散される。すなわち、第1の無線信号S11に対応する増
幅無線信号である信号S21は、第1のアンテナ414によってアンテナビーム
417にて拡散され、第1の無線信号S12に対応する増幅無線信号である信号
S22は、第2のアンテナ415によってアンテナビーム418にて拡散され、
第1の無線信号S13に対応する増幅無線信号である信号S23は、第3のアン
テナ416によってアンテナビーム419にて拡散される。
である 図6は、180度3dBハイブリッドカプラー601を示す。もしハイブリッ
ドカプラー601への入力信号が、S61およびS62であるならば、出力信号
S63およびS64は、以下の式で表される。
ラーマトリックス(Butler matrixes)として設計されてもよい、電力共有ネッ
トワーク408および逆電力共有ネットワーク413の構成を示す図である。
入力ポート420乃至423を備える一方で、これらの入力ポート420乃至4
22のうち3つのみが、無線信号の第1のセットS11乃至S13を受信するた
めに利用される。
4出力を有するバトラーマトリックスとして設計する主な理由は、2nの入力ポ
ートと、たとえば、2、4,8又は16の出力ポートを有するバトラーマトリッ
クスは、他の数のポートを有するバトラーマトリックスよりも、損失が少なくな
るからである。
ドに接続されている。その一方で、逆電力共有ネットワーク413の出力ポート
435は、モニター436に接続されている。モニター436は、出力435が
信号を受信していないこと、すなわち、出力ポート435がグランドレベルにあ
ることを検査する。もし、実際に出力ポート435においてグランドレベル以外
の信号がモニターによって受信されれば、これは、電力増幅ユニット402で誤
動作が発生していることを示すものであり、モニターは、事業人員およびメンテ
ナンス人員に対しエラー指示を行ってもよい。
向における送信に電力制御を適用する。ダウンリンク方向において電力制御を適
用することは、ダウンリンク方向の無線キャリア上のタイムスロットに対する送
信電力を、十分な信号強度で無線端末へ無線信号を到達させるために必要な実行
電力に適応にさせることを意味する。TIA/EIA−136−131−Aの“
デジタルトラヒックチャネルレイヤー1”では、高速電力制御(Fast Power Con
trol:FPC)ビットがアップリンクおよびダウンリンク方向における利用のために
規定されている。移動端末は、受信信号品質を測定し、アップリンク方向で対応
するタイムスロット上で送信する際にFPCビットを1又は0にセットすること
により、第1の基地局に送信電力の増加もしくは減少を要求する。第1の基地局
BS1は、幾つかの連続するFPCビット内の受信した増加/減少要求を統合し
、ダウンリンク送信電力が調整されるべきかを決定する。よって、移動端末は、
第1の基地局BS1に、別のFPCビットパターンを送信することにより現在の
出力電力を維持するように要求することができる。
より、要求される出力電力において上述した統計的削減の利益を享受するように
設計される。第1の基地局BS1は、たとえば、セルC1乃至C3のそれぞれに
おける5つの無線周波数キャリアの送信を同時にサポートするように設計されて
もよい。すなわち、電力増幅ユニット402は、15個の無線周波数キャリアの
送信を同時にサポートするトータル最大出力電力を伝達するように設計される。
アンテナフィーダーは、単一無線周波数キャリアのダウンリンク送信のために、
基本的に11ワットはフィードされる必要がある。よって、ダウンリンク電力制
御のような電力削減機能がない場合は、電力増幅ユニットは、約165ワットの
トータル最大出力電力を伝達するように設計されなければならない。15個の無
線周波数キャリアに対するダウンリンク電力制御の利用により、必要とされる出
力電力を約3,9dB又は2.5倍に統計的に削減可能となる。よって、電力増
幅ユニット402は、約66ワットを伝達するように設計されればよい。
するように設計されているが、各セルについて独立の電力増幅ユニットを有する
基地局は、もしダウンリンク電力削減機能を利用しなければ、やはり165ワッ
トのトータル最大出力電力を伝達するように設計されなければならないだろう。
ダウンリンク電力制御を各セルにおいて利用すれば、各独立した電力増幅ユニッ
トにおいて必要とされる出力電力を約2dB又は1.6倍だけ統計的に削減する
ことができ、トータル最大出力電力は、約103ワットとなるであろう。
出力電力を選択するための方法をより一般的に示した図である。
ットC1乃至C3における無線周波数キャリアの所定の最大数NMAXまで同時
送信するために、電力増幅ユニット402の必要なトータル出力電力PREQの
統計的な分配が決定される。この特定の例において、電力増幅ユニット402は
、第1の基地局BS1によってサービスされる3つのセルC1乃至C3のすべて
において、第1の基地局BS1によって送信されるすべての無線周波数キャリア
の電力増幅を実行する。すなわち、電力増幅ユニット402は、最大15個の無
線周波数キャリアをサポートすることが必要となる。
阻止可能性(blocking probability)が1%となるようなトラヒック状況下で動
作している場合に、電力増幅ユニット402に必要とされる出力電力の累積的分
配機能901を示す図である。横軸に沿って、必要とされるトータル出力電力P REQ が、15キャリアに対する最大送信電力に対応するトータル出力電力、す
なわち165ワットと比較してトータル出力がどの程度減少するかと関連して示
されている。第1の基地局BS1が1%程度の阻止可能性を伴って動作するのは
、ビジーな時間帯のみであることに注意すべきである。ステップ802において
、電力増幅ユニット402は、ステップ801において決定された統計的分配に
基づいてディメンジョニングされる。無線周波数キャリアの所定の最大数の同時
送信のために、電力増幅ユニット402が十分な出力電力を提供できない可能性
をゼロではないが許容範囲内のものとするトータル最大出力電力を伝達するため
に、電力増幅ユニット402はディメンジョニングされる。この特定の場合、第
1の基地局BS1が阻止可能性が1%となるトラヒック状況下において動作する
場合に、十分な出力電力を供給できないような、5%の可能性は許容され、よっ
て、図9の累積的分配機能901に基づいて、電力増幅ユニット402は、66
ワット、すなわち165ワットよりも3.9dB少ないトータル最大出力電力を
伝達するように設計される。
るために割り当てられた周波数のセットを容量要求の変化に対応できるようにす
る、適応チャネル割り当て手法をさらに採用する。図1のセルラーネットワーク
101において利用されるチャネル割り当て手法は、現在の容量要求に対応する
ために追加の周波数を要求するセルにおいて利用する流用チャネルを一時的に割
り当てる可能性によって補完される図2の固定チャネル割り当て手法に基づいて
いる。このように、ある時点において、セルに割り当てられた周波数のセットは
、他のセルでの利用のために流用された周波数を除き、固定チャネル割り当て手
法に基づいて割り当てられた周波数の基本的なセットと、他のセルから流用され
た追加の周波数のセットをも備える。
01において利用される適応チャネル割り当て手法を示す。
おける通信要求は、移動通信交換局MSC1において受信される。選択されたセ
ルとは、例えばセルC1であってもよい。
おける利用のために割り当てられた周波数のセットが、通信要求にサービスする
ために十分であるかどうかを決定する。
プ512において、すでに利用されている周波数上で空きタイムスロット(利用
可能なタイムスロット:available timeslot)があるかどうかなど、余剰容量が
あるかどうかのチェックが実行される。もし、空きタイムスロットがすでに利用
されている周波数上に存在する場合は(分岐におけるYES)当該空きタイムス
ロットがステップ513において、通信要求にサービスするために割り当てられ
る。空きタイムスロットを有する割り当てられた周波数が幾つかある場合は、移
動通信交換局MSC1は、追加の周波数のセットの周波数にタイムスロットを割
り当てる前に、周波数の基本セットの周波数にタイムスロットを割り当てようと
する。
スロットが存在しないと決定されると(分岐におけるNO)、新しい周波数が使
用状態(active use)に移行する。よって、ステップ514では、セルC1に割
り当てられているが使用状態にない周波数が選択され、ステップ515では、選
択された周波数が使用状態(active use)にあるものとして登録される。また、
ステップ516では、選択された周波数上のタイムスロットが、通信要求にサー
ビスするために割り当てられる。
が、通信要求にサービスするには不十分な場合は(分岐におけるNO)、移動通
信交換局MSC1は、ステップ517へ処理を進め、セルラーネットワーク10
1での利用のために割り当てられているが、セルC1の近傍において現在通信に
使用されてない周波数の候補セットを決定する。本発明の第1の実施形態では、
周波数の候補セットにおける一つの候補周波数を含めば十分である。ステップ5
17では、移動通信交換局MSC1は、メモリユニット441内に格納されてい
る構成データ(configuration data)を利用して、セルC1の近傍にあるセルが
どれであるかを決定し、周波数の登録されたステータスを検査する。すなわち、
それらがメモリユニット441において、通信のために使用状態(アクティブユ
ース:active use)として、あるいは、未使用状態(アクティブでない:inacti
ve)として登録されているかどうかを確かめる。候補周波数の認定は、二つのス
テップにおいて実行される。第1に、潜在的な候補周波数が、セルC1のすぐ近
傍に位置するセルおよび、好ましくは、第1の基地局BS1によってサービスさ
れる他のセルC2およびC3のいずれかに割り当てられた周波数の基本的セット
に属する周波数の中から識別される。そして、チェックされる。セルC1の再利
用距離、すなわち、”4/12”セル再利用パターンに対応する周波数の同一の
基本セットが割り当てられた2つのセル間の距離に対応する距離内に位置するい
かなるセルにおいても、潜在的な候補周波数が使用状態にないかがチェックされ
る。これにより、セルC1での使用のために一時的に候補周波数が割り当てられ
た場合でも、セルラーネットワーク101において重大な追加の同一チャネル干
渉が発生しないことが保証される。
波数としてセルC1での利用のために一時的に割り当てる。セルC1への候補周
波数の一時的な割り当てを有効とするためには、候補周波数は、一時的に割り当
て解除される。すなわち、セルC1における近傍のセルで、利用不可(unavaila
ble)というマークがなされる。よって、候補周波数がセルC1に割り当てられ
ている限り、セルC1の近傍セルにおいては通信のために利用されることはない
。
スするために割り当てられる。
す。
31では、リリースされたタイムスロットが、無線周波数キャリアにおいて利用
される最後のタイムスロットであるかどうかのチェックが実行される。もし、タ
イムスロットが最後のタイムスロットでない場合(分岐におけるNO)、すなわ
ち、無線周波数キャリアが依然として通信のために利用されている状態では、ス
テップ532において、タイムスロットは空きスロットとしてマークされる。も
し、ステップ531において、タイムスロットが最後のタイムスロットであると
決定された場合には(分岐におけるYES)、ステップ533において、無線周
波数キャリアが追加周波数であるか、つまり、セルC1において一時的に割り当
てられたものであるかどうかをチェックする。もし、無線周波数キャリアが追加
の周波数でない場合(分岐におけるNO)、ステップ534において、無線周波
数キャリアは使用中でない(アクティブでない:inactive)ものとして登録され
る。もし、無線周波数キャリアが追加の周波数である場合は、ステップ535に
おいて、無線周波数キャリアはセルC1から割り当て解除される。すなわち、当
該周波数は、周波数が前記セルに割り当てられた周波数の基本セットの一部であ
るところのセルC1の近傍セルにおいて再び利用可能となる。
方法では、タイムスロットがリリースされるたびに、継続中の通信セッションを
処理するために、セルにおいて周波数の基本セット内で十分な容量があるかどう
かをチェックし。もし、十分である場合は、通信セッションを追加の周波数から
周波数の基本セット内の周波数に移動し、追加の周波数の割り当て解除をしても
よい。
1の実施形態に変更、修正および代用を加えたものがある。
電力増幅ユニットを実現する代替的な方法がいくつか存在する。電力増幅ユニッ
トの他の構成の一例は、米国特許第5,854,611号、及び、米国特許第4
,618,813号に見いだせる。
する第1の基地局BS1を有する代わりに、いくつかの狭アンテナビームを各セ
ルのサービスに利用することができる。本発明のこの実施形態においては、無線
信号の第1及び第2のセットが、各セルと関連づけられた1のみならず、いくつ
かの無線信号を含むことができる。無線信号の第1のセットにおいては、一つの
低電力無線信号が存在し、各狭アンテナビームのための対応する無線信号の第2
のセットの増幅無線信号が存在するであろう。
つのセル、又は、3以上のセルにサービスするように適応されてもよい。さらに
、第1の基地局BS1は、たとえば、セルC1乃至C3の少なくとも一つとオー
バーラップするエリア内に無線カバーエリアを提供する追加の傘型セル(umbrel
la cell)をサービスすることにより、階層的セル構造で配置されたいくつかの
セルにサービスするように適応されてもよい。
制御プロセッサ440とメモリユニット441は数多くの異なるタスクを実行し
、特に、無線信号の第1のセットS11乃至S13の各信号内に、無線信号生成
手段401によって包含される無線キャリアコンポーネントのセットを制御する
ための制御手段、セルC1乃至C3で利用するために割り当てられた周波数のセ
ットを適応するための適応手段、あるいは、どの周波数が現在通信のために使用
状態にあるかを登録する登録手段として機能する。これらのタスクのいくつかが
、例えば、地上セルラーネットワーク内の基地局制御装置(BSC)や、無線ネ
ットワーク制御装置(RNC)において実行されてもよい。
の統計的削減を達成するために、ダウンリンク方向においていかなる電力削減機
能を適用するのも可能である。また、さらに大きな統計的削減を達成するために
、いくつかの異なる電力削減機能を結合して適用してもよい。このように、GS
M地上セルラーネットワークに本発明を適用する場合、GSM規格に対応したダ
ウンリンク電力制御及び間欠送信の両方を利用することができるし、より好まし
くは利用するべきである。また、例えば、現在TIA/EIA IS−136規
格において規定されているアップリンク間欠送信手法に基づいて、将来改訂され
るTIA/EIA IS−136規格に、ある種のダウンリンク間欠送信手法を
追加することや、ダウンリンク電力制御と間欠送信を適用し、その利益を享受す
るために、上述した本発明の第1の実施形態を修正することも考えられる。
における所望の出力電力が、電力増幅器402の電力増幅性能を越える場合、電
力増幅器402は、タイムスロット内のすべてのアクティブな無線周波数キャリ
アでバーストを送信するために十分な出力電力を供給することができないであろ
う。
の方法は、電力増幅器402の電力増幅能力を越えないように、1以上のいくつ
かのアクティブな無線周波数キャリアでバーストの送信を控えることである。バ
ーストが送信されないキャリアは、例えばランダムに選択することができる。
波数キャリアで送信しつつ、電力増幅器402の電力増幅能力を越えないように
、1以上のいくつかのアクティブな無線周波数キャリアで、電力を減少すること
である。例えば、すべてのアクティブな無線周波数キャリアの送信電力を、等し
く減少させることができる。もし、すべてのアクティブな無線周波数キャリアの
送信電力を削減すると、無線周波数キャリアのいくつかにおける送信電力を増加
させることが可能となるので、最低送信電力を有するキャリアの送信電力を最初
に増加させる。また、すべてのアクティブな無線周波数キャリアの送信電力を減
少させる代わりに、最も強い無線周波数キャリアの送信電力を最初に減少させる
こともできる。
くある異なるACA手法の一例であるが、本発明の文脈において利用することが
できる。
という移動通信交換局の認識に基づいて選択されたセルに割り当てる追加の周波
数を選択する代わりに、選択されたセルに現在割り当てられていない周波数にお
ける干渉レベルの選択されたセル内での測定結果に基づいて当該追加の周波数を
選択することができる。この手法では、当該セルに割り当てるために選択された
追加の周波数は、測定により干渉レベルが所定のレベル以下であると判定された
周波数である。選択されたセルでの利用のために割り当てられた周波数のセット
が、通信要求にサービスするのに不十分だと検知されると、選択されたセルでの
通信要求の受信に基づいて測定が開始される。しかしながら、通信要求にサービ
スするために不要な遅延を招かないために、干渉レベル測定は、好ましくは継続
的に実行される。測定は、国際公開済みの国際特許出願WO97/32444号
で提案されているように、選択されたセルにサービスする基地局において走査型
受信機(scanning receiver)によって実行されてもよい。
応した地上セルラー無線通信ネットワークにのみ適用されるものではない。よっ
て、セルラーネットワークが、いくつかのセルにサービスする基地局を有する限
り、例えば、GSM、PDC、AMPS,TACS、NMTもしくはIS−95
規格及びEDGEやGPRSのようなこれらの規格の発展型に準拠するセルラー
ネットワークにおいても本発明は適用可能である。
力における統計的削減を示す図である。
の構成の概略を示すブロック図である。
応した方法のフローチャートである。
のフローチャートである。
Claims (25)
- 【請求項1】 少なくとも第1の基地局(BS1)を備える地上セルラー無線通
信ネットワーク(101)であって、 前記第1の基地局(BS1)は、 少なくとも第1の無線信号(S11)と第2の無線信号(S12)を備える
低電力無線信号の第1のセット(S11乃至S13)を生成するように適応され
た無線信号生成手段(401)と、 前記無線信号の第1のセット(S11乃至S13)に対応する増幅無線信号
の第2のセット(S21乃至S23)を、マルチキャリア電力増幅器の共通セッ
ト(409乃至412)を利用して前記無線信号の第1のセットを増幅すること
により生成するように適応された電力増幅部(402)と、 前記増幅無線信号の第2のセット(S21乃至S23)を、関連するアンテ
ナビーム(417乃至419)において拡散するように適応されたアンテナシス
テム(403)とを備え、 前記セルラー無線通信ネットワーク(101)は、さらに 無線信号生成手段(401)によって前記無線信号の第1のセット(S11
乃至S13)の各信号に包含された無線キャリアコンポーネントを制御する制御
手段(440,441)を備え、 前記制御手段(440、441)が、セルラー無線通信ネットワーク(101
)の第1のセル(C1)で利用するために割り当てられた周波数を有する無線キ
ャリアコンポーネントを構成するために、第1の無線信号(S11)を生成する
ように、無線信号生成手段(401)に命令するように適応されており、前記ア
ンテナシステム(403)が、前記第1のセル(C1)と関連するアンテナビー
ム(417)において前記第1の無線信号(S11)に対応する増幅無線信号(
S21)を拡散するように適応されており、 前記制御手段(440、441)が、セルラー無線通信ネットワーク(101
)の第2のセル(C2)で利用するために割り当てられた周波数を有する無線キ
ャリアコンポーネントを構成するために、第2の無線信号(S12)を生成する
ように、無線信号生成手段(401)に命令するように適応されており、前記ア
ンテナシステム(403)が、前記第2のセル(C2)と関連するアンテナビー
ム(418)において前記第2の無線信号(S12)に対応する増幅無線信号(
S22)を拡散するように適応されていることを特徴とする地上セルラー無線通
信ネットワーク。 - 【請求項2】 前記電力増幅部(402)が、マルチキャリア電力増幅器の共通
セット(409乃至412)に加えて、電力共有ネットワーク(408)と逆電
力共有ネットワーク(413)を備え、前記電力共有ネットワーク(408)と
前記逆電力共有ネットワーク(413)が、複数の入力及び出力ポート(420
乃至435)を有し、マルチキャリア電力増幅器の共通セット内の増幅器(40
9乃至412)が、それぞれ電力共有ネットワーク(408)の出力ポートに接
続された入力ポートと、逆電力共有ネットワーク(413)の入力ポートに接続
された出力ポートを有し、 前記電力共有ネットワーク(408)が、入力ポート(420乃至422)に
おいて無線信号の第1のセット(S11乃至S13)を受信し、無線信号の第1
のセット(S11乃至S13)の各信号の一部を出力ポート(424乃至427
)に分配して、無線信号の第3のセット(S31乃至S34)を、前記出力ポー
ト(424乃至427)に提供するように適応され、 前記マルチキャリア電力増幅器の共通セット(409乃至412)が、各マル
チキャリア電力増幅器において、入力ポートにおいて受信した前記無線信号の第
3のセットの信号を増幅することにより、無線信号の第4のセット(S41乃至
S44)を提供するように適応され、 逆電力共有ネットワーク(413)が、入力ポート(428乃至431)で前
記無線信号の第4のセットを受信し、前記電力共有ネットワーク(408)の逆
処理を実行することにより、無線信号の第2のセット(S21乃至S23)を出
力ポート(432乃至434)に提供するように適応される ことを特徴とする請求項1に記載の地上セルラー無線通信ネットワーク(101
)。 - 【請求項3】 前記電力共有ネットワーク(408)が、前記無線信号の第1の
セット(S11乃至S13)の各信号の一部を、実質的に同等な電力レベルで、
出力ポート(424乃至427)のそれぞれに提供することを特徴とする請求項
2に記載の地上セルラー無線通信ネットワーク(101)。 - 【請求項4】 前記電力共有ネットワーク(408)が、前記無線信号の第1の
セット(S11乃至S13)の各信号の一部を、相互に位相を交差させて出力ポ
ート(424乃至427)のそれぞれに提供することを特徴とする請求項2又は
請求項3に記載の地上セルラー無線通信ネットワーク(101)。 - 【請求項5】 前記電力増幅部(402)が、前記第1の基地局(BS1)によ
ってサービスされる少なくとも第1のセル(C1)及び第2のセル(C2)を含
むセルのセット(C1乃至C3)にてダウンリンクで送信されたすべての無線周
波数キャリアを電力増幅するように適応され、前記セルラー無線通信ネットワー
ク(101)が、ダウンリンク電力制御又は間欠送信のような、電力削減機能を
、前記セルのセット(C1乃至C3)のダウンリンク方向での送信に対し適用す
るように適応されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項
に記載の地上セルラー無線通信ネットワーク(101)。 - 【請求項6】 前記第1及び第2のセル(C1、C2)の少なくとも一つにて利
用するために割り当てられた周波数のセットを、前記少なくとも一つのセルにお
ける容量要求の予想される変化又は実際の変化に応じて適応させるための適応手
段(440、441)を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれ
か1項に記載の地上セルラー無線通信ネットワーク。 - 【請求項7】 前記少なくとも一つのセル(C1、C2)のうち、所定のセル(
C1)における通信要求を受信するための受信手段(440、441)と、 前記所定のセル(C1)で利用するために割り当てられた現在の周波数セット
が、通信要求にサービスするために十分であるかを決定し、もし、現在の周波数
セットが十分でない場合は、前記所定のセル(C1)で利用するための少なくと
も一つの追加の周波数を割り当てるように適応された適応手段と(440、44
1)と を備えることを特徴とする請求項6に記載の地上セルラー無線通信ネットワーク
。 - 【請求項8】 前記所定のセル(C1)の近傍において現在通信に利用されてい
る周波数を登録するための登録手段(440,441)と、 地上セルラー無線通信ネットワーク(101)での利用のために割り当てられ
ているが、所定のセル(C1)の近傍で現在通信に利用されていない少なくとも
一つの周波数を備える周波数の候補セットを決定し、前記周波数の候補セットか
ら少なくとも一つの追加の周波数を選択するように適応された適応手段(440
、441)と を備えることを特徴とする請求項7に記載の地上セルラー無線通信ネットワーク
。 - 【請求項9】 前記所定のセル(C1)に現在割り当てられていない周波数セッ
トの前記所定のセル(C1)における干渉レベルを測定するための測定手段と、 少なくとも一つの追加の周波数を、測定手段(BS1)で測定され、所定のレ
ベルよりも干渉レベルが低い周波数として選択するように適応された適応手段(
440,441)と を備えることを特徴とする請求項7に記載の地上セルラー無線通信ネットワーク
(101)。 - 【請求項10】 前記測定手段が、継続的に前記所定のセル(C1)における干
渉レベルを測定することを特徴とする請求項9に記載の地上セルラー無線通信ネ
ットワーク(101)。 - 【請求項11】 第1の基地局(BS1)が接続され、少なくとも一つの制御手
段(440,441)、受信手段(440,441)及び登録手段(440,4
41)を備える移動通信交換局(MSC1)を備える異を特徴とする請求項1乃
至請求項10のいずれか1項に記載の地上セルラー無線通信ネットワーク(10
1)。 - 【請求項12】 第1の基地局(BS1)が、測定手段を含むことを特徴とする
請求項9又は請求項10に記載の地上セルラー無線通信ネットワーク(101)
。 - 【請求項13】 無線信号(S21乃至S23)を、少なくとも第1の基地局(
BS1)を備える地上セルラー無線通信ネットワーク(101)において送信す
る方法であって、 前記方法は前記第1の基地局(BS1)において、 少なくとも第1の無線信号(S11)と第2の無線信号(S12)を備える
低電力無線信号の第1のセット(S11乃至S13)を生成する工程(a)(5
01)と、 前記無線信号の第1のセット(S11乃至S13)に対応する増幅無線信号
の第2のセット(S21乃至S23)を、マルチキャリア電力増幅器の共通セッ
ト(409乃至412)を利用して前記無線信号の第1のセットを増幅すること
により生成する工程(b)(502乃至504)と、 前記増幅無線信号の第2のセット(S21乃至S23)を、関連するアンテ
ナビーム(417乃至419)において拡散する工程(c)(505)とを備え
、 第1の無線信号(S11)が、セルラー無線通信ネットワーク(101)の第
1のセル(C1)で利用するために割り当てられた周波数を有する無線キャリア
コンポーネントを構成するために生成され、前記第1の無線信号(S11)に対
応する増幅無線信号(S21)が、前記第1のセル(C1)と関連するアンテナ
ビーム(417)において拡散され、 第2の無線信号(S12)が、セルラー無線通信ネットワーク(101)の第
2のセル(C2)で利用するために割り当てられた周波数を有する無線キャリア
コンポーネントを構成するために生成され、前記第2の無線信号(S12)に対
応する増幅無線信号(S22)が前記第2のセル(C2)と関連するアンテナビ
ーム(418)において拡散されることを特徴とする方法。 - 【請求項14】 前記生成工程(b)が、 無線信号の第1のセット(S11乃至S13)の各信号の一部を、無線信号の
第3のセット(S31乃至S34)の各信号に分配することにより、無線信号の
第3のセット(S31乃至S34)を提供する工程(d)(502)と、 前記マルチキャリア電力増幅器の共通セット(409乃至412)の一つにお
いて、前記無線信号の第3のセットの信号を増幅することにより、無線信号の第
4のセット(S41乃至S44)を提供する工程(e)(503)と、 前記無線信号の第4のセットに、前記工程(d)の逆処理を実行することによ
り、無線信号の第2のセット(S21乃至S23)を提供する工程(f)(50
4)と を備えることを特徴とする請求項13に記載の方法。 - 【請求項15】 前記無線信号の第1のセット(S11乃至S13)の各信号が
、実質的に同等な電力レベルで部分的に分配されることを特徴とする請求項14
に記載の方法。 - 【請求項16】 前記無線信号の第1のセット(S11乃至S13)の各信号の
一部が、位相が交差されて分配されることを特徴とする請求項14又は請求項1
5に記載の方法。 - 【請求項17】 前記セルラー無線通信ネットワーク(101)が、ダウンリン
ク電力制御又は間欠送信のような電力削減機能を、前記第1の基地局(BS1)
によってサービスされる少なくとも第1のセル(C1)及び第2のセル(C2)
を含むセルのセット(C1乃至C3)のダウンリンク方向での送信に対し適用す
ることを特徴とする請求項13乃至請求項16のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項18】 前記第1及び第2のセル(C1、C2)の少なくとも一つにて
利用するために割り当てられた周波数のセットを、前記少なくとも一つのセルに
おける容量要求の予想される変化又は実際の変化に応じて適応する工程(g)(
511乃至518)をさらに備えることを特徴とする請求項13乃至請求項17
のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項19】 前記工程(g)が、 前記少なくとも一つのセル(C1、C2)のうち、所定のセル(C1)におけ
る通信要求を受信する工程(h)(510)と、 前記所定のセル(C1)で利用するために割り当てられた現在の周波数セット
が、通信要求にサービスするために十分であるかを決定する工程(i)(511
)と、 前記所定のセル(C1)で利用するための少なくとも一つの追加の周波数を割
り当てる工程(j)(518)と を備えることを特徴とする請求項18に記載の方法。 - 【請求項20】 前記工程(g)が、 前記所定のセル(C1)の近傍において現在通信に利用されている周波数を登
録する工程(k)(515、532)と、 地上セルラー無線通信ネットワーク(101)での利用のために割り当てられ
ているが、所定のセル(C1)の近傍で現在通信に利用されていない少なくとも
一つの周波数を備える周波数の候補セットを決定する工程(l)(517)とを
備え、 工程(j)において割り当てられた少なくとも一つの追加の周波数が、前記周
波数の候補セットから選択されることを特徴とする請求項19に記載の方法。 - 【請求項21】 前記工程(g)が更に、 前記所定のセル(C1)に現在割り当てられていない周波数セットの前記所定
のセル(C1)における干渉レベルを測定する工程(m)と、 前記工程(j)において割り当てられた少なくとも一つの追加の周波数が、工
程(m)で測定され、所定のレベルよりも干渉レベルが低いと決定された周波数
であることを特徴とする請求項19に記載の方法。 - 【請求項22】 前記測定工程(m)が、継続的に実行されることを特徴とする
請求項21に記載の方法。 - 【請求項23】 前記測定工程(m)における処理が、工程(h)における通信
要求を受信したことに応じて開始されることを特徴とする請求項21に記載の方
法。 - 【請求項24】 請求項5に記載の地上セルラー無線通信ネットワーク(101
)の第1の基地局(BS1)における電力増幅部(402)をディメンジョニン
グする方法であって、 セルのセット(C1、C2)において所定の最大数の無線周波数キャリアを同
時に送信するために前記電力増幅部(402)に必要なトータル出力電力の統計
的分配(901)を決定する工程(a)と 工程(a)において決定された統計的分配(901)に依存して、前記電力増
幅部(402)をディメンジョニングする工程と を備えることを特徴とする方法。 - 【請求項25】 前記電力増幅部(402)が、前記電力増幅部(402)が、
所定の最大数の無線周波数キャリアを同時に送信するための十分な出力電力を提
供できない可能性がゼロではないが許容可能なものを与えるトータル最大出力電
力を伝達するために、工程(b)においてディメンジョニングされることを特徴
とする請求項24に記載の方法。
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