JP2006197375A - Method for receiving and receiver - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線又は有線のデジタル通信システムで受信する際に同期を確立するための処理を行う受信方法及びその受信方法を適用した受信機に係り、特に、プリアンブル相関を用いた同期タイミングの検出を行なう技術に関する。 The present invention relates to a reception method for performing processing for establishing synchronization when receiving data in a wireless or wired digital communication system and a receiver to which the reception method is applied, and in particular, detection of synchronization timing using preamble correlation. It is related with the technique to perform.
デジタル通信において、受信回路で復調を行うためには、まず受信信号の同期を確立することが必要である。図9に従来の同期回路の構成例を示す。ここでは、送信信号には同期タイミングの検出等に用いる同期信号を含むプリアンブル信号が組み込まれているものとする。 In digital communication, in order to perform demodulation by a receiving circuit, it is necessary to first establish synchronization of received signals. FIG. 9 shows a configuration example of a conventional synchronization circuit. Here, it is assumed that a preamble signal including a synchronization signal used for detection of synchronization timing or the like is incorporated in the transmission signal.
まず、アンテナ1で受信したRF周波数帯の受信信号は、搬送波信号発生器3で生成される搬送波信号を用いて、周波数変換器2で、ベースバンド帯の受信ベースバンド信号に周波数変換される。次に、この受信ベースバンド信号は、AGC(自動ゲインコントロール)回路4で所定レベルの受信信号に調整された後、A/D変換器5により、サンプリングされデジタル信号に変換される。
First, the received signal in the RF frequency band received by the
変換されたデジタル受信信号は、相関器6に送られて、受信ベースバンドデジタル信号と既知のプリアンブルコードとの相関をとって、相関値を出力する。この相関値は一般に複素数であるため、絶対値2乗演算器8により絶対値2乗を求め、極大値検出回路9に出力する。この極大値検出器8では、相関値の極大、あるいは、あらかじめ決められた閾値を越えるタイミングを同期タイミングとして出力する。
The converted digital reception signal is sent to the
この図9に示した同期検出構成は一般的な受信構成であるが、近年、無線伝送される信号として、比較的複雑な同期信号パターンの信号のものが存在し、同期信号を検出する構成が非常に複雑なものになってしまう場合がある。 Although the synchronization detection configuration shown in FIG. 9 is a general reception configuration, in recent years, there are signals having a relatively complicated synchronization signal pattern as signals transmitted wirelessly, and a configuration for detecting a synchronization signal is present. It can be very complex.
即ち、例えば近年、「ウルトラワイドバンド(UWB)通信」と呼ばれる、きわめて微弱なインパルス列に情報を載せて無線通信を行なう方式が、近距離超高速伝送を実現する無線通信システムとして注目され、その実用化が期待されている。現在、IEEE802.15.3規格などにおいて、このようなウルトラワイドバンド通信のアクセス制御方式として、プリアンブルを含んだパケット構造のデータ伝送方式が提案されている。 That is, for example, in recent years, a method called “ultra-wide band (UWB) communication” for performing wireless communication by placing information on a very weak impulse train has attracted attention as a wireless communication system that realizes short-range ultrahigh-speed transmission. Practical use is expected. Currently, in the IEEE802.15.3 standard and the like, a data transmission system having a packet structure including a preamble is proposed as an access control system for such ultra-wideband communication.
一般に、室内で無線ネットワークを構築した場合、受信装置では直接波と複数の反射波・遅延波の重ね合わせを受信するというマルチパス環境が形成され、遅延ひずみに起因するシンボル間干渉が生じる。このため、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)方式に代表されるマルチキャリア伝送方式が適用される。 In general, when a wireless network is constructed indoors, a multipath environment in which a reception device receives a superposition of a direct wave and a plurality of reflected waves / delayed waves is formed, and intersymbol interference occurs due to delay distortion. For this reason, a multicarrier transmission scheme represented by an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) scheme is applied.
例えば、IEEE802.15.3規格でも、OFDM変調方式を採用したUWB通信方式についての標準化が進められている。OFDM_UWB通信方式の場合、3.1〜4.8GHzの周波数帯をそれぞれ528MHz幅からなる3つのサブバンドを周波数ホッピング(FH)し、各周波数帯が128ポイントからなるIFFT/FFTを用いたOFDM変調が検討されている。 For example, in the IEEE 802.15.3 standard, the standardization of the UWB communication system adopting the OFDM modulation system is underway. In the case of the OFDM_UWB communication system, three subbands each having a frequency of 3.1 to 4.8 GHz are frequency hopped (FH) each having a width of 528 MHz, and OFDM modulation using IFFT / FFT in which each frequency band is composed of 128 points. Is being considered.
特許文献1には、この種の信号から同期検出を行う場合の例についての開示がある。
このIEEE802.15.3規格で規定された通信方式のように、周波数ホッピングを行うOFDM方式を通常 Multi-Band OFDM (MB-OFDM)方式というが、この方式では、同期獲得用信号であるプリアンブル送信においてもホッピングを行い、さらに、そのホッピングパターンとデータ送信パターン(これをTime Frequency Code ; 以下TFCという)も様々なタイプを有することが規定されている。 The OFDM system that performs frequency hopping, as in the communication system defined by the IEEE 802.15.3 standard, is usually called a Multi-Band OFDM (MB-OFDM) system. In this system, preamble transmission, which is a signal for acquiring synchronization, is used. In addition, hopping is performed, and the hopping pattern and data transmission pattern (hereinafter referred to as Time Frequency Code; hereinafter referred to as TFC) are defined to have various types.
即ち、例えば図10に示すように、TFC1からTFC7まで7つのパターンが規定されて、その7つのパターンのいずれかで、同期信号であるプリアンブル信号を送信するようにしてある。具体的には、送信される周波数として、f1,f2,f3の3つの周波数が用意され、この3つの周波数f1,f2,f3のいずれかを使用して、1単位のプリアンブル信号(同期信号)を24回(24スロット)繰り返し送るようにしてある。図10では、12周期だけを示してある。 That is, for example, as shown in FIG. 10, seven patterns from TFC1 to TFC7 are defined, and a preamble signal which is a synchronization signal is transmitted in any of the seven patterns. Specifically, three frequencies f1, f2, and f3 are prepared as frequencies to be transmitted, and one unit of preamble signal (synchronization signal) is used by using any one of the three frequencies f1, f2, and f3. Are repeatedly sent 24 times (24 slots). In FIG. 10, only 12 periods are shown.
各パターンについて説明すると、TFC1のパターンでは、図10(a)に示すように、1単位のプリアンブル信号(同期信号)ごとに、周波数f1,f2,f3の順に変化させる。TFC2のパターンでは、図10(b)に示すように、1スロットのプリアンブル信号ごとに、周波数f1,f3,f2の順に変化させる。TFC3のパターンでは、図10(c)に示すように、2スロットのプリアンブル信号ごとに、周波数f1,f2,f3の順に変化させる。TFC4のパターンでは、図10(d)に示すように、2スロットのプリアンブル信号ごとに、周波数f1,f3,f2の順に変化させる。TFC5のパターンでは、図10(e)に示すように、全てのスロットのプリアンブル信号を周波数f1で送信させ、TFC6のパターンでは、図10(f)に示すように、全てのスロットのプリアンブル信号を周波数f2で送信させ、TFC7のパターンでは、図10(g)に示すように、全てのスロットのプリアンブル信号を周波数f3で送信させる。また、ここでは示さないが(後述する実施の形態で説明する表2参照)、プリアンブル信号の信号極性(+又は−)についても、特定のパターンに設定してある。 Each pattern will be described. In the TFC1 pattern, as shown in FIG. 10A, the frequency f1, f2, and f3 are changed in order for each unit of preamble signal (synchronization signal). In the TFC2 pattern, as shown in FIG. 10B, the frequency f1, f3, and f2 are changed in order for each preamble signal in one slot. In the TFC3 pattern, as shown in FIG. 10C, the frequency is changed in the order of the frequencies f1, f2, and f3 for each 2-slot preamble signal. In the TFC4 pattern, as shown in FIG. 10D, the frequency is changed in the order of the frequencies f1, f3, and f2 for each 2-slot preamble signal. In the TFC5 pattern, the preamble signals of all slots are transmitted at the frequency f1, as shown in FIG. 10 (e). In the TFC6 pattern, the preamble signals of all slots are transmitted as shown in FIG. 10 (f). In the TFC7 pattern, as shown in FIG. 10G, the preamble signals of all slots are transmitted at the frequency f3. Although not shown here (see Table 2 described in the embodiment described later), the signal polarity (+ or-) of the preamble signal is also set to a specific pattern.
このようなTFCパターンを有する同期信号を受信して検出するためには、非常に複雑な同期検出回路が必要になるという問題があった。図11は、図10に示した7種類のプリアンブル信号TFC1〜TFC7に対応した従来の受信構成例を示した図である。図11は、図10に示したA/D変換器5より後の同期検出構成を示してあり、端子10aに得られるデジタル信号を、受信エネルギ及び移動平均検出部10に送ると共に、複数の相関器31,32,33,34,35,36に送るようにしてある。各相関器31〜36は、受信信号と既知のプリアンブル信号パターンとの相関をとる回路である。
In order to receive and detect a synchronization signal having such a TFC pattern, there is a problem that a very complicated synchronization detection circuit is required. FIG. 11 is a diagram showing a conventional reception configuration example corresponding to the seven types of preamble signals TFC1 to TFC7 shown in FIG. FIG. 11 shows a synchronization detection configuration after the A /
ここで、相関器31には、端子10aに得られる信号を直接送り、相関器32には、端子10aに得られる信号をシフトレジスタ21で遅延させて供給する。シフトレジスタ21は、信号をプリアンブル信号の3スロット期間遅延させる遅延回路(ここでのプリアンブル信号の1スロットは165クロック周期)である。
Here, the signal obtained at the
このように相関器31,32に信号が供給されることで、例えば受信周波数が周波数f1〜f3(図10)のいずれかで固定されているとすると、2つの相関器31,32では3スロット差で相関が検出されることになり、それぞれでプリアンブル信号との相関が3スロットごとに同時に検出された場合に、TFC1又はTFC2のパターンの同期信号を検出したことになる。両相関器31,32の検出出力は、複素乗算器41で複素乗算されて、TFC1又はTFC2のパターンを検出した相関検出信号となる。
When the signals are supplied to the
また、相関器33には、端子10aに得られる信号を直接送り、相関器34には、端子10aに得られる信号をシフトレジスタ22で遅延させて供給する。シフトレジスタ22は、信号をプリアンブル信号の1スロット期間遅延させる遅延回路である。
Further, the signal obtained at the
このように相関器33,34に信号が供給されることで、例えば受信周波数が周波数f1〜f3(図10)のいずれかで固定されているとすると、2つの相関器33,34では1スロット差で相関が検出されることになり、それぞれでプリアンブル信号との相関が6スロットごとに同時に検出された場合に、TFC3又はTFC4のパターンの同期信号を検出したことになる。両相関器33,34の検出出力は、複素乗算器42で複素乗算されて、TFC3又はTFC4のパターンを検出した相関検出信号となる。
When signals are supplied to the
また、相関器35には、端子10aに得られる信号とシフトレジスタ23で2スロット期間遅延させた信号とを加算器26で加算させた信号を供給する。相関器36には、端子10aに得られる信号をシフトレジスタ23で1スロット期間遅延させた信号とシフトレジスタ23で3スロット期間遅延させた信号とを加算器27で加算させた信号を供給する。
Further, the
このように相関器35,36に信号が供給されることで、例えば受信周波数がプリアンブル信号の送信周波数と一致するとして、相関器35では1スロット目と3スロット目の加算信号から相関が検出され、相関器36では2スロット目と4スロット目の加算信号から相関が検出されることになり、それぞれでプリアンブル信号との相関が検出された場合に、TFC5,TFC6,TFC7のいずれかのパターンの同期信号を検出したことになる。両相関器35,36の検出出力は、複素乗算器43で複素乗算されて、TFC5,TFC6,TFC7のいずれかのパターンを検出した相関検出信号となる。
By supplying the signals to the
なお、対になった相関器31と32、33と34、35と36は、所定の時間シフトを行なった信号の相関値を出力することになる。
ここではプリアンブル信号の信号極性のパターンについて特に説明していないが(後述する実施の形態で詳細に説明)、プリアンブル信号は、送信される24スロットの内の特定のスロット位置でのみ、極性が反転しているため、対になった相関器出力の複素乗算された結果が、その位置においてのみ極大値(あるいは極小値)になって、同期検出できるようにしてある。
The
Here, the signal polarity pattern of the preamble signal is not specifically described (described in detail in an embodiment described later), but the polarity of the preamble signal is inverted only in a specific slot position among the 24 slots to be transmitted. Therefore, the result of complex multiplication of the paired correlator outputs becomes a maximum value (or minimum value) only at that position, so that synchronization can be detected.
各複素乗算器41,42,43の出力は、セレクタ44に供給されて、そのときに受信されるプリアンブル信号パターンに応じた系が選択される。セレクタ44で選択された信号は、移動平均検出部50に送られて、移動平均が検出される。具体的には、入力した信号をシフトレジスタ51で遅延させた信号と遅延させてない信号との差分を減算器52で検出し、その減算器52の出力を加算器53に供給して、加算器53の出力を遅延回路4で1クロック期間させた信号と加算し、その加算出力を移動平均信号とする。
The outputs of the
移動平均検出部50で検出された移動平均信号は、除算器61に供給されて、受信エネルギ及び移動平均検出部10が出力する受信エネルギの平均値で除算されて、信号レベルを一定範囲とする規格化が行われ、除算器61の出力を同期検出器62に供給して、同期検出タイミングを確定させる同期検出処理を行う。
The moving average signal detected by the moving average detector 50 is supplied to the divider 61 and divided by the average value of the received energy and the received energy output by the moving
なお、受信エネルギ及び移動平均検出部10では、入力信号をシフトレジスタ11で6スロット周期遅延させた信号を絶対値2乗演算器12で絶対値2乗演算するとともに、入力信号を直接絶対値2乗演算器13に供給して絶対値2乗演算し、両信号の差分を減算器14で得て、受信エネルギを得る。その得られた受信エネルギの値は、加算器15に供給し、加算器15の出力を遅延回路16で1クロック期間させた信号と加算し、その加算出力を移動平均信号と、その受信エネルギの移動平均を除算器61に供給する。
In the reception energy and moving
このようにして同期検出が行われるが、受信するプリアンブル信号パターン毎に、個別の相関検出器及び複素乗算器と、各相関検出器に接続されたシフトレジスタが必要であり、回路構成が非常に複雑になってしまう。即ち、1つの受信機で、様々なホッピングパターン、データ送信パターンで送信されたプリアンブル信号を受信する場合、当然、ひとつの同期獲得アルゴリズムでは同期獲得が困難であり、複数のアルゴリズムを持たざるを得ないため、図11に示したように非常に構成が複雑化してしまう。つまるところ、受信機の同期検出部は複雑なものになり、デジタル回路は大きくなり、携帯性やコストの面で不利になることは必至である。 Synchronization detection is performed in this way, but for each received preamble signal pattern, an individual correlation detector and complex multiplier and a shift register connected to each correlation detector are required, and the circuit configuration is very high. It becomes complicated. That is, when receiving a preamble signal transmitted with various hopping patterns and data transmission patterns with a single receiver, naturally it is difficult to acquire synchronization with one synchronization acquisition algorithm, and it is necessary to have multiple algorithms. Therefore, the configuration becomes very complicated as shown in FIG. After all, the synchronization detection unit of the receiver becomes complicated, the digital circuit becomes large, and it is inevitable that it is disadvantageous in terms of portability and cost.
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で複数のパターンの同期信号に対応できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of this point, and an object thereof is to be able to cope with a plurality of patterns of synchronization signals with a simple configuration.
本発明は、受信する既知の同期信号として、1単位の同期信号が所定周期繰り返し送信されると共に、1単位ごとに設定される送信周波数のパターン及び1単位ごとに設定される信号極性のパターンが複数存在する場合において、受信信号を1単位周期で複数段遅延させ、その複数段遅延された受信信号から少なくとも2つの遅延位置の受信信号を、異なる組み合わせで複数取り出し、その複数の組み合わせの受信信号の中から、受信する同期信号パターンに応じて選択された組み合わせの少なくとも2つの遅延位置の受信信号を選択し、選択されたそれぞれの受信信号から相関検出を行い、それぞれの相関検出信号を複素乗算した信号から移動平均を求めて、同期信号検出を行うようにしたものである。 In the present invention, as a known synchronization signal to be received, one unit of the synchronization signal is repeatedly transmitted for a predetermined period, and a transmission frequency pattern set for each unit and a signal polarity pattern set for each unit are When there are a plurality of received signals, the received signals are delayed by a plurality of stages in one unit cycle, and a plurality of received signals at at least two delay positions are extracted from the received signals delayed by the plurality of stages in different combinations, and the received signals of the combinations are combined. Select a received signal of at least two delay positions in a combination selected according to the received synchronization signal pattern, perform correlation detection from each selected received signal, and perform complex multiplication on each correlation detection signal The moving average is obtained from the obtained signal and the synchronization signal is detected.
このようにしたことで、相関検出手段の入力段で、同期信号パターンに応じた選択処理を行うので、1組の相関検出手段でいずれのパターンの同期信号であっても相関検出できるようになる。 In this way, since the selection process corresponding to the synchronization signal pattern is performed at the input stage of the correlation detection means, the correlation detection can be performed for any pattern of synchronization signals by one set of correlation detection means. .
本発明によると、1組の相関検出手段でいずれのパターンの同期信号であっても、優れた特性で相関検出でき、多数の同期信号パターンに対応した同期検出のための構成を簡単にすることができる。例えば、MB-OFDM仕様にある様々なTFCパターンを持つ通信方式に適用することが可能である。 According to the present invention, a single set of correlation detection means can detect correlation of any pattern with excellent characteristics, and simplify the configuration for synchronization detection corresponding to a large number of synchronization signal patterns. Can do. For example, it can be applied to communication systems having various TFC patterns in the MB-OFDM specification.
以下、本発明の一実施の形態を、図1〜図8を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本例においては、IEEE802.15.3規格で規定されたMB-OFDM方式の無線伝送信号を受信する受信機に適用した例としてある。まず、本例の場合に受信する信号の同期信号であるプリアンブル信号パターンについて説明すると、プリアンブル信号パターンは、既に図10で説明したように、TFC1〜TFC7の7つのパターンを有する。図10に示したTFC1〜TFC7の7つのパターンの周波数変化は、表1に示す通りである。 In this example, the present invention is applied to a receiver that receives a wireless transmission signal of the MB-OFDM system defined by the IEEE 802.15.3 standard. First, a preamble signal pattern that is a synchronization signal of a signal received in this example will be described. The preamble signal pattern has seven patterns TFC1 to TFC7 as already described with reference to FIG. The frequency changes of the seven patterns TFC1 to TFC7 shown in FIG.
また本例の場合には、1単位(1スロット)のプリアンブル信号は、24スロット(24周期)連続して送信されるように構成してあり、各スロットのプリアンブル信号の極性としては、表2に示す3つのパターン(シーケンス番号1〜3)に分類される。表2で−1と示されるスロットで、マイナスの極性となる。ここでの極性がマイナスの状態とは、プラスの極性の符号系列に対して、全て符号が反転した符号系列である状態である。
In the case of this example, one unit (one slot) preamble signal is configured to be transmitted continuously for 24 slots (24 cycles). The polarity of the preamble signal in each slot is shown in Table 2 below. Are classified into the following three patterns (
表2から判るように、いずれのパターンの場合であっても、24スロット期間の最後のスロット期間の近傍で、プリアンブル信号の極性が反転するパターンとしてあり、その極性の反転を検出して、同期検出を行うようにしてある。なお、本例の場合には、受信処理を行う場合に、受信する信号がどのパターンのプリアンブル信号であるかが、予め判っているものとする。 As can be seen from Table 2, regardless of the pattern, the polarity of the preamble signal is reversed in the vicinity of the last slot period of the 24 slot period. Detection is performed. In the case of this example, it is assumed that when performing reception processing, it is known in advance which pattern the preamble signal is received.
図1は、本例の受信機の同期検出までの構成を示してある。以下、図1に従って構成を説明すると、アンテナ101で受信したRF周波数帯の受信信号は、搬送波信号発生器103で生成される搬送波信号を用いて、周波数変換器102で、ベースバンド帯の受信ベースバンド信号に周波数変換される。次に、この受信ベースバンド信号は、AGC(自動ゲインコントロール)回路104で所定レベルの受信信号に調整された後、A/D変換器105により、サンプリングされデジタル信号に変換される。
FIG. 1 shows the configuration until the synchronization detection of the receiver of this example. In the following, the configuration will be described with reference to FIG. 1. The received signal in the RF frequency band received by the
変換されたデジタル受信信号は、複数段直列に接続されたシフトレジスタ106,107,108で遅延させる。各シフトレジスタ106,107,108は、それぞれ受信するプリアンブル信号の1スロット期間(即ち165クロック期間)遅延させる遅延回路として機能する。
The converted digital received signal is delayed by
シフトレジスタ108の出力は、受信エネルギ及び移動平均検出部120に供給される。受信エネルギ及び移動平均検出部120内では、供給された遅延信号を更にシフトレジスタ121で遅延させた後、絶対値2乗演算器122で絶対値2乗演算するとともに、A/D変換器105の出力を直接絶対値2乗演算器124に供給して絶対値2乗演算し、両信号から移動平均検出部123で移動平均を検出し、その検出さえた受信エネルギ(受信電力)の移動平均の値を、後述する除算器137に供給する。
The output of the
そして本例においては、A/D変換器105の出力とシフトレジスタ108の出力とを第1の組としてセレクタ133に供給し、またA/D変換器105の出力とシフトレジスタ106の出力とを第2の組としてセレクタ133に供給する。さらにA/D変換器105の出力とシフトレジスタ107の出力とを、加算器131で加算するとともに、シフトレジスタ106の出力とシフトレジスタ108の出力とを、加算器132で加算し、両加算器131,132の加算出力を第3の組としてセレクタ133に供給する。
In this example, the output of the A /
セレクタ133では、この受信機が受信するプリアンブルパターンに応じて、第1の組から第3の組のいずれかが選択される。そして、選択された組の2つの信号の一方は、相関器134に供給されて、既知のプリアンブル信号パターンとの相関が検出される。また、選択された組の2つの信号の他方は、相関器135に供給されて、既知のプリアンブル信号パターンとの相関が検出される。
In the
2つの相関器134,135の出力は、複素乗算器136に供給されて複素乗算され、その複素乗算された信号を移動平均検出部140に供給して、相関検出信号の移動平均が検出されて、その検出された移動平均信号は、除算器137に供給されて、受信エネルギ及び移動平均検出部120が出力する受信エネルギの平均値で除算されて、信号レベルを一定範囲とする規格化が行われ、除算器137の出力を同期検出器138に供給して、同期検出タイミングを確定させる同期検出処理を行う。
The outputs of the two correlators 134 and 135 are supplied to the
次に、相関器134,135の周辺のより詳細な同期検出構成を、図2に示す。図2を参照して、まず受信エネルギ及び移動平均検出部120の構成について説明すると、シフトレジス121では、プリアンブル信号の3スロット期間遅延させる(即ち495クロック期間遅延させる)処理が行われ、結果的に、2つの絶対値2乗演算器122,124で6スロット期間タイミングが異なる信号の演算が行われることになる。両絶対値2乗演算器122,124の演算出力は、減算器125で差分が検出され、その出力を加算器126に供給して、加算器126の出力を遅延回路127で1クロック期間させた信号と加算し、その加算出力を移動平均信号とし、除算器137に供給する。
Next, a more detailed synchronization detection configuration around the
セレクタ133に供給される信号については、図2に示すように、既に図1で説明した第1の組aと、第2の組bと、第3の組cの3つの組み合わせがあり、受信するプリアンブル信号パターンに応じて、セレクタ133で何れかの組が選択される。ここでは、図3に詳細を示すように、受信するプリアンブル信号パターンがTFC1又はTFC2である場合に第1の組aを選択し、受信するプリアンブル信号パターンがTFC3又はTFC4である場合に第2の組bを選択し、受信するプリアンブル信号パターンがTFC5〜TFC7のいずれかである場合に第3の組cを選択して、2つの相関器134,135に受信信号を供給する。
As shown in FIG. 2, there are three combinations of the first set a, the second set b, and the third set c already described in FIG. One set is selected by the
2つの相関器134,135の相関検出信号としては、例えば図7に示すように、プリアンブル信号を検出しているとき極大値を持つようになる。図2の説明に戻ると、2つの相関器134,135の相関検出値は、一方を複素共役をとった後で、複素乗算器136で複素乗算する。このように複素乗算することで、極性の反転を検知することができる。そして、その複素乗算出力を移動平均検出部140に供給して、相関検出信号の移動平均を検出する。移動平均を検出する構成としては、入力した信号をシフトレジスタ141で遅延させた信号と遅延させてない信号との差分を減算器142で検出し、その減算器142の出力を加算器143に供給して、加算器143の出力を遅延回路144で1クロック期間させた信号と加算し、その加算出力を移動平均信号とする。ここではシフトレジスタ141は、32クロック期間遅延させる。
For example, as shown in FIG. 7, the correlation detection signals of the two correlators 134 and 135 have a maximum value when the preamble signal is detected. Returning to the description of FIG. 2, the correlation detection values of the two correlators 134 and 135 are complex-conjugated by the
移動平均検出部137で検出された移動平均信号は、除算器137に供給されて、受信エネルギ及び移動平均検出部120が出力する受信エネルギの平均値で除算される。
The moving average signal detected by the moving
このように移動平均処理を行なうことで、マルチパスによる遅延波の重畳の影響を下げることができる。即ち、データに遅延波が重畳されていると、相関器出力の極大値は単峰とならず複数の山が発生し、またその山の高さもばらついてしまうため、同期判断が非常に難しくなる。移動平均処理を行うことで、複数の極大値をひとつの山に括り、またその高さのばらつきも小さく抑えることができるため、安定した同期獲得を行うことが可能となる。ここで、移動平均の次数はマルチパスの次数や使用環境、装置コストから最適化されるべきものであり、一意に決定することはできないが、図2の例は好適な一例を示してある。 By performing the moving average process in this way, it is possible to reduce the influence of delay wave superposition due to multipath. In other words, if a delayed wave is superimposed on the data, the maximum value of the correlator output is not a single peak, but a plurality of peaks are generated, and the heights of the peaks also vary, making synchronization determination very difficult. . By performing the moving average process, a plurality of local maximum values can be bundled into one mountain, and variations in the height can be suppressed to be small, so that stable synchronization can be obtained. Here, the order of the moving average should be optimized from the order of the multipath, the usage environment, and the device cost, and cannot be determined uniquely, but the example of FIG. 2 shows a preferred example.
また、受信エネルギ及び移動平均検出部120については、観測されたデータ系列の平均電力を算出するものであるが、入力としてデータ系列の絶対値2乗を使用し、ある適切な区間で移動平均をとることで平均電力を測定している。例えば、図2の例では、6スロット分(990クロック区間)の移動平均を行っている。これは、受信するプリアンブル信号パターンの様々なデータ観測パターンから決定してある。もちろんこの区間も使用環境や装置のコスト等から最適化されるべきものであり、図2の構成に限定されるものではない。 The received energy and moving average detector 120 calculates the average power of the observed data series. The absolute value square of the data series is used as an input, and the moving average is calculated in an appropriate section. The average power is measured. For example, in the example of FIG. 2, a moving average of 6 slots (990 clock intervals) is performed. This is determined from various data observation patterns of the received preamble signal pattern. Of course, this section should be optimized from the usage environment and the cost of the apparatus, and is not limited to the configuration shown in FIG.
このようにして、複素乗算器136から移動平均されたデータを平均電力で規格化(割り算)することにより、規格化されたデータを持って、同期判断を行い、同期を獲得することが可能となる。
In this way, by normalizing (dividing) the moving averaged data from the
ここで、受信するプリアンブル信号パターンがTFC1又はTFC2である場合を例に、図8に各部の処理により算出されるデータの詳細な説明を示す。この場合には、図8(a),(b)に示すように、相関器134,135にそれぞれ、時間遅れの無い信号データと、3スロット分遅延した信号データを入力する。その結果、それぞれの相関器出力は図8(c),(d)に示すように、鋭いピークをもつものが出力される。この図8に示すピークは、マルチパスを考慮して遅延波も表現してある。それらの出力同士で片方を複素共役をとって複素乗算行った結果が、図8(e)に示す波形である。この出力は図8(e)に示すようにマルチパスにより山が多く存在している。この山群は、移動平均処理により平均化され、図8(f)に示すように単峰になる。その後、このデータを平均電力で規格化(割り算)し、規格化されたデータを持って、同期判断を行い、同期を獲得することが可能になる。
Here, taking as an example the case where the received preamble signal pattern is TFC1 or TFC2, FIG. 8 shows a detailed description of data calculated by the processing of each unit. In this case, as shown in FIGS. 8A and 8B, signal data without time delay and signal data delayed by three slots are input to the
次に、本例での同期判断の処理について、図4のフローチャートを参照して説明する。この同期判断アルゴリズムは極大値検出部と閾値比較部の2段階構成となっている。
まず、バッファのデータとカウンタの初期値を0にセットしておく。新しいデータを取得する(ステップS11)。取得したデータは、バッファのデータと比較され(ステップS12)、もしバッファに格納されているデータよりも大きければ、バッファのデータと入れ替える(ステップS13)。バッファのデータは、新規データに対してあらかじめ決めた回数(MaxCount回)以上入れ替わりが発生しなければ、極大値と認定し、次の閾値比較に入っていく(ステップS14、S15)。つまり極大値は、そのデータ後32区間でさらに大きいものが観測されなければ、それを極大値と認定するのである。極大値と認定されればそれは同期の候補となる。
Next, the synchronization determination process in this example will be described with reference to the flowchart of FIG. This synchronization determination algorithm has a two-stage configuration of a maximum value detection unit and a threshold comparison unit.
First, the buffer data and the initial value of the counter are set to zero. New data is acquired (step S11). The acquired data is compared with the data in the buffer (step S12), and if it is larger than the data stored in the buffer, it is replaced with the data in the buffer (step S13). If the data in the buffer does not change more than the predetermined number of times (MaxCount) with respect to the new data, it is recognized as the maximum value and enters the next threshold comparison (steps S14 and S15). In other words, if a maximum value is not observed in 32 sections after the data, it is recognized as a maximum value. If it is recognized as a local maximum, it becomes a candidate for synchronization.
次に極大値と認定されたデータが同期であるかどうかの判断を行なう(ステップS16)。この判断は、ある決められた閾値よりも大きいかどうかで行なう。もし、閾値よりも大きければ、同期と判断し、そうでなければ、同期と判断せず、継続となる。最上位のフローに戻り、新しいデータの取得から再開する。 Next, it is determined whether or not the data recognized as the maximum value is synchronized (step S16). This determination is made based on whether or not it is larger than a predetermined threshold value. If it is larger than the threshold value, it is determined that the synchronization is made, and if not, the synchronization is not determined and the operation is continued. Return to the top-level flow and resume from acquiring new data.
この場合、極大値と認定されたにもかかわらず同期でなかったため、今後のデータでこの極大値よりも小さい値で極大値を認定しても同期でないのは明らかであるため、今後のデータはこの極大値を越えるかどうかが必要になる。したがって、カウンタはリセットするが、バッファのデータはリセットしない。 In this case, since it was recognized as a local maximum, it was not synchronized, so it is clear that even if a local maximum is recognized with a value smaller than this local maximum in future data, it is clear that it is not synchronized. It is necessary to exceed this maximum value. Therefore, the counter is reset, but the buffer data is not reset.
また、この図4のフローチャートに示したアルゴリズムでは、同期を複数回検出する可能性があるが、それをどう使用するかは設計依存であるため、ここでは深く言及しないが、例えば、最初の同期のみを同期とするようにすればよい。 In addition, in the algorithm shown in the flowchart of FIG. 4, there is a possibility that synchronization is detected a plurality of times. However, since how to use the synchronization depends on design, it will not be described in detail here. Only need to be synchronized.
次に、このようにして同期検出される処理を、図5、図6を参照して、各プリアンブルパターン毎に詳細に説明する。 Next, the process of synchronous detection in this way will be described in detail for each preamble pattern with reference to FIG. 5 and FIG.
まず、TFC1とTFC2のパターンの同期を獲得する処理を、図5(a)を参照して説明する。この2つのパターンの場合、受信機は、特定の1つの周波数で連続して受信すると、3スロットに1回の割合でデータを受信することになる。表2から判るように、最後の受信データのみ極性が負であり、それ以外のデータはすべて極性が正であるため、この正が負に変わることを利用して同期を取るものである。即ち、図5(a)の最後の斜線を付与して示す2つのスロットのデータを相関検出した結果を複素乗算して、その複素乗算された値から同期検出を行う。 First, the process for acquiring the synchronization of the TFC1 and TFC2 patterns will be described with reference to FIG. In the case of these two patterns, the receiver receives data at a rate of once every three slots when receiving continuously at one specific frequency. As can be seen from Table 2, since only the last received data has a negative polarity and all other data have a positive polarity, synchronization is achieved by utilizing this change of positive to negative. That is, the result of correlation detection of the data of the two slots indicated by the last diagonal line in FIG. 5A is subjected to complex multiplication, and synchronization detection is performed from the complex multiplied value.
このようにして受信されるデータはプリアンブルデータであるため、相関器に通すと相関により極大値が現れる。図7に実際の相関器出力の一例を示す。したがって、このタイプの場合、3スロットに1回の割合で極大値が現れることになる。最後のデータのみ極性が負であるため、この部分のスロットのみ負の極大値となる。 Since the data received in this way is preamble data, a maximum value appears due to the correlation when passed through the correlator. FIG. 7 shows an example of an actual correlator output. Therefore, in this type, the maximum value appears once every three slots. Since only the last data has a negative polarity, only the slot of this portion has a negative maximum value.
正が負に変化する部分を検出するためには、例えば、乗算を行えばよい。乗算はその性質から正と正を乗算すると正となるが、正と負を乗算すると負となるので、自分自身と1スロット前の相関器出力の乗算を行えば、最後の結果のみが負の値となり、正が負に変化する部分を検出することが可能になる。実際の受信データは複素数であるが、数学的には乗算を複素乗算に置き換えることで全く同様に検出できる。このように、出力が負になるところを検出し同期判断を行なえば、TFC1とTFC2のパターンの同期の獲得を行なうことが可能となる。 In order to detect a portion where positive changes to negative, for example, multiplication may be performed. Multiplication is positive by multiplying positive and positive by nature, but becomes negative by multiplying positive and negative, so if you multiply yourself and the correlator output one slot before, only the last result is negative. It becomes possible to detect the portion where the positive value changes to negative. The actual received data is a complex number, but mathematically it can be detected in the same way by replacing the multiplication with a complex multiplication. In this way, if the place where the output is negative is detected and the synchronization determination is made, the synchronization of the TFC1 and TFC2 patterns can be acquired.
次に、TFC3とTFC4のパターンの同期を獲得する処理を、図5(b)を参照して説明する。この2つのパターンの場合にも、上述したTFC1とTFC2のパターンと同様な処理で同期を獲得することができる。即ち、図5(b)に示すように、2スロット連続でデータが得られた後、4スロットデータの無い状態が続くというパターンの繰り返しでデータが観測される。そして、最後の2つの観測データの後ろ側のデータの極性が反転することでデータが終了する。 Next, a process for acquiring the synchronization of the TFC3 and TFC4 patterns will be described with reference to FIG. Also in the case of these two patterns, synchronization can be obtained by the same processing as the above-described TFC1 and TFC2 patterns. That is, as shown in FIG. 5B, data is observed by repeating a pattern in which data is obtained continuously for two slots and then there is no 4-slot data. The data ends when the polarity of the data behind the last two observation data is inverted.
この場合も、まず相関器を通し、極大値を出し、その後、複素乗算を行う。しかしながら、先ほどのTFC1,TFC2の場合と異なるところは、データが来る場合には連続するため、複素乗算はある時刻のデータと1スロット前のデータとで行う必要がある。このようにすることで、TFC1,2のパターンの場合と全く同等の同期獲得を行なうことが可能となる。
Also in this case, first, a maximum value is obtained through a correlator, and then complex multiplication is performed. However, since the difference from the previous TFC1 and TFC2 is continuous when data comes, complex multiplication must be performed on data at a certain time and data one slot before. By doing so, it is possible to obtain the same synchronization as in the case of the
次に、TFC5,TFC6,TFC7のパターンの同期を獲得する処理を、図5(c)を参照して説明する。この場合にも、基本的な考え方は他の2つの場合と同じであるが、受信データの極性反転が、途中でも起こっているため、工夫が必要となる。本例では、4スロット分のデータから1つおきに2つずつ取り出し、和(足し算)を行い、その和の結果同士を複素乗算する構成(図2、図3の信号の組c)としてある。これにより、途中で起こる極性反転の影響を無くすことができ、正しく負の極大値を得ることができる。 Next, a process for acquiring the synchronization of the TFC5, TFC6, and TFC7 patterns will be described with reference to FIG. In this case as well, the basic idea is the same as in the other two cases. However, since the polarity inversion of the received data has occurred even in the middle, some contrivance is required. In this example, every other data is extracted from every other 4 slots, summed (added), and the result of the sum is complex multiplied (signal set c in FIGS. 2 and 3). . Thereby, the influence of polarity reversal that occurs in the middle can be eliminated, and a negative maximum value can be obtained correctly.
図6に、このTFC5,TFC6,TFC7のパターンの同期を獲得する場合の詳細を示してある。TFC5,TFC6,TFC7のパターンの場合、観測されるすべてのパターンは、図6のタイミングa〜タイミングdの4つに分類される。例えば、タイミングaの場合、奇数番目のスロット同士と偶数番目同士の和を取って複素乗算を行うが、奇数番目同士は極性が異なるため、和を取ると0になってしまう。一方で偶数番目同士の和は負の値となるが、0との乗算を行うと結果0となってしまい、このタイミングaのタイプでは、0の出力しか出てこない。 FIG. 6 shows details when the synchronization of the patterns of TFC5, TFC6, and TFC7 is acquired. In the case of TFC5, TFC6, and TFC7 patterns, all the observed patterns are classified into four from timing a to timing d in FIG. For example, at timing a, complex multiplication is performed by taking the sum of odd-numbered slots and even-numbered slots. However, since the odd-numbered slots have different polarities, the sum is zeroed. On the other hand, the sum of the even numbers is a negative value, but if it is multiplied by 0, the result is 0. In this type of timing a, only an output of 0 is output.
次にタイミングbのタイプの場合、今度は、偶数番目同士の和が0になってしまうため、乗算結果は0になってしまい、このタイミングbのタイプでは、0の出力しか出てこない。また、タイミングcのタイプの場合、奇数番目同士、偶数番目同士とも和が0になってしまうため、乗算結果は当然0になってしまい、このタイミングcのタイプでは、0の出力しか出てこない。したがって、タイミングa〜タイミングcの3つでは、極性反転が起こっているにもかかわらず出力は0となるため、この部分での同期検出は行なわれないことになり、所望の結果が得られたことになる。 Next, in the case of the timing b type, the sum of the even-numbered units is now 0, so that the multiplication result is 0. In this timing b type, only 0 output is output. In addition, in the case of the timing c type, the sum of both odd-numbered and even-numbered ones is 0, so that the multiplication result is naturally 0. In this type of timing c, only 0 output is output. . Therefore, in the three timings a to c, the output becomes 0 even though the polarity inversion occurs, so that the synchronization detection is not performed in this portion, and a desired result is obtained. It will be.
これに対して、同期が検出されるパターンであるタイミングdのタイプの場合、奇数番目同士の和が負の極大値となり、偶数番目同士の和が正の値となるため、乗算を行うと負の値を得ることができる。したがって、タイミングdのタイプのパターンが来たとき、つまり、最後の同期を取るべき時に正しく負の値が算出されることになり、正しい位置で同期獲得ができることがわかる。 On the other hand, in the case of the type of timing d which is a pattern in which synchronization is detected, the sum of odd numbers becomes a negative maximum value, and the sum of even numbers becomes a positive value. Can be obtained. Therefore, when a pattern of the timing d type comes, that is, when the last synchronization is to be obtained, a negative value is correctly calculated, and it can be seen that synchronization can be acquired at the correct position.
以上が本例における各TFC1〜TFC7に対応した同期獲得処理であり、それらの相違点は、複素乗算を行う相手の時刻が異なるということだけである。したがって、ハードウエア的には複数個のシフトレジスタを用意し、あらかじめ決定されたTFCに対してどのデータとどのデータを取り出し複素乗算を行うかということを図2に示したセレクタ133で選択することで、それぞれのTFCに対応することが可能となるものである。
The above is the synchronization acquisition process corresponding to each TFC1 to TFC7 in this example, and the only difference is that the time of the other party performing the complex multiplication is different. Therefore, a plurality of shift registers are prepared in hardware, and the
なお、ここまで説明した実施の形態では、図1、図2に示した回路構成が組まれた受信機に適用した例として説明したが、例えば同様の同期検出処理方法の一部又は全てをプログラム化して、そのプログラムの実行で行うようにしてもよい。 In the embodiment described so far, the description has been given of an example in which the circuit configuration shown in FIGS. 1 and 2 is applied. However, for example, a part or all of the same synchronization detection processing method is programmed. And may be performed by executing the program.
また、上述した実施の形態では、IEEE802.15.3規格で規定されたMB-OFDM方式の無線信号を受信する場合に適用したが、有線信号の受信に適用してもよく、また同様に複数の同期信号パターンから同期信号を検出する他の通信方式の受信処理にも適用可能である。 In the above-described embodiment, the present invention is applied to the case of receiving an MB-OFDM wireless signal defined by the IEEE 802.15.3 standard. The present invention can also be applied to reception processing of other communication methods for detecting a synchronization signal from the other synchronization signal pattern.
101…アンテナ、102…周波数変換器、103…搬送波信号発生器、104…AGC回路、105…A/D変換器、106,107,108…シフトレジスタ、120…受信エネルギ及び移動平均検出部、131,132…加算器、133…セレクタ、134,135…相関器、136…複素乗算器、137…除算器、138…同期検出器、140…移動平均検出部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記既知の同期信号として、1単位の同期信号が所定周期繰り返し送信されると共に、前記1単位ごとに設定される送信周波数のパターン及び前記1単位ごとに設定される信号極性のパターンが複数存在する場合の受信方法において、
受信信号を前記1単位周期で複数段遅延させ、その複数段遅延された受信信号から少なくとも2つの遅延位置の受信信号を、異なる組み合わせで複数取り出し、その複数の組み合わせの受信信号の中から、受信する同期信号パターンに応じて選択された組み合わせの少なくとも2つの遅延位置の受信信号を選択し、
前記選択されたそれぞれの受信信号から相関検出を行い、
それぞれの相関検出信号を複素乗算した信号から移動平均を求めて、前記同期信号検出を行うことを特徴とする
受信方法。 A reception method of receiving the transmission signal by performing synchronization detection processing of the reception signal based on a known synchronization signal included in the transmission signal,
As the known synchronization signal, one unit of synchronization signal is repeatedly transmitted for a predetermined period, and there are a plurality of transmission frequency patterns set for each unit and a plurality of signal polarity patterns set for each unit. In case of receiving method,
The received signal is delayed by a plurality of stages in the unit cycle, and a plurality of received signals at at least two delay positions are extracted from the received signals delayed by the plurality of stages in different combinations, and received from the received signals of the plurality of combinations. Selecting a received signal of at least two delay positions in a combination selected according to the synchronization signal pattern to be
Perform correlation detection from each of the selected received signals,
A receiving method comprising: obtaining a moving average from a signal obtained by complex multiplication of each correlation detection signal, and performing the synchronization signal detection.
受信信号から受信エネルギ及び移動平均を求め、その求められた値で、前記複素乗算信号から求められた移動平均の値を除算し、その除算された信号から同期信号検出を行うようにしたことを特徴とする
受信方法。 The receiving method according to claim 1,
The reception energy and the moving average are obtained from the received signal, the moving average value obtained from the complex multiplication signal is divided by the obtained value, and the synchronization signal is detected from the divided signal. Characteristic reception method.
前記少なくとも2つの遅延位置の受信信号は、
第1の受信信号と、その第1の受信信号から1単位周期離れた第2の受信信号による組み合わせと、
第1の受信信号と、その第1の受信信号から3単位周期離れた第2の受信信号による組み合わせと、
2単位周期離れた第1及び第2の受信信号を加算した信号と、第1及び第2の受信信号からそれぞれ1単位周期遅れた第3及び第4の受信信号を加算した信号とによる組み合わせであり、
前記3つの組み合わせから選択された組み合わせの受信信号から前記相関検出を行うようにしたことを特徴とする
受信方法。 The receiving method according to claim 1,
The received signals at the at least two delay positions are
A combination of a first received signal and a second received signal one unit period away from the first received signal;
A combination of a first received signal and a second received signal that is 3 unit periods away from the first received signal;
A combination of a signal obtained by adding the first and second received signals separated by two unit periods and a signal obtained by adding the third and fourth received signals delayed by one unit period from the first and second received signals, respectively. Yes,
The reception method, wherein the correlation detection is performed from a received signal of a combination selected from the three combinations.
前記既知の同期信号として、1単位の同期信号が所定周期繰り返し送信されると共に、前記1単位ごとに設定される送信周波数のパターン及び前記1単位ごとに設定される信号極性のパターンが複数存在する場合における受信機において、
受信信号を前記1単位周期で複数段遅延させる遅延手段と、
前記遅延手段で複数段遅延された受信信号から少なくとも2つの遅延位置の受信信号を、異なる組み合わせで複数取り出し、その複数の組み合わせの受信信号の中から、受信する同期信号パターンに応じて選択された組み合わせの少なくとも2つの遅延位置の受信信号を選択する選択手段と、
前記選択手段で選択されたそれぞれの受信信号から相関検出を行う複数の相関検出手段と、
前記複数の相関検出手段で検出された相関検出信号を複素乗算する複素乗算手段と、
前記複素乗算手段で複素乗算された信号から移動平均を求める移動平均検出手段と、
前記移動平均検出手段で検出された移動平均から同期信号検出を行う同期検出手段とを備えたことを特徴とする
受信機。 A receiver that receives the transmission signal by performing synchronization detection processing of the reception signal based on a known synchronization signal included in the transmission signal,
As the known synchronization signal, one unit of synchronization signal is repeatedly transmitted for a predetermined period, and there are a plurality of transmission frequency patterns set for each unit and a plurality of signal polarity patterns set for each unit. In the receiver in case
Delay means for delaying a received signal by a plurality of stages in the unit period;
A plurality of received signals of at least two delay positions are extracted from the received signals delayed by a plurality of stages by the delay means in different combinations, and selected from the received signals of the plurality of combinations according to the received synchronization signal pattern Selecting means for selecting received signals of at least two delay positions of the combination;
A plurality of correlation detection means for performing correlation detection from each received signal selected by the selection means;
Complex multiplication means for complex multiplication of the correlation detection signals detected by the plurality of correlation detection means;
Moving average detection means for obtaining a moving average from the signal complex-multiplied by the complex multiplication means;
A receiver comprising: synchronization detection means for detecting a synchronization signal from the moving average detected by the moving average detection means.
受信信号から受信エネルギ及び移動平均を算出する受信エネルギ及び移動平均算出手段と、
前記受信エネルギ及び移動平均算出手段で算出された値で、前記移動平均検出手段の検出値を除算して、その除算された信号を前記同期検出手段に送る除算手段を備えたことを特徴とする
受信機。 The receiver of claim 1, wherein
Received energy and moving average calculating means for calculating received energy and moving average from the received signal;
Dividing means for dividing the detected value of the moving average detecting means by the value calculated by the received energy and the moving average calculating means and sending the divided signal to the synchronization detecting means. Receiving machine.
前記選択手段で選択される少なくとも2つの遅延位置の受信信号は、
第1の受信信号と、その第1の受信信号から1単位周期離れた第2の受信信号による組み合わせと、
第1の受信信号と、その第1の受信信号から3単位周期離れた第2の受信信号による組み合わせと、
2単位周期離れた第1及び第2の受信信号を加算した信号と、第1及び第2の受信信号からそれぞれ1単位周期遅れた第3及び第4の受信信号を加算した信号とによる組み合わせであり、
前記3つの組み合わせから選択を行うようにしたことを特徴とする
受信機。 The receiver according to claim 4, wherein
The received signals of at least two delay positions selected by the selection means are:
A combination of a first received signal and a second received signal one unit period away from the first received signal;
A combination of a first received signal and a second received signal that is 3 unit periods away from the first received signal;
A combination of a signal obtained by adding the first and second received signals separated by two unit periods and a signal obtained by adding the third and fourth received signals delayed by one unit period from the first and second received signals, respectively. Yes,
A receiver characterized in that selection is made from the three combinations.
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