JP3685166B2 - ディジタル加入者伝送システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、既設の電話回線を高速データ通信回線として利用するディジタル加入者線伝送システムに関し、特に上記伝送システムに供される伝送装置の変復調方式の改良に関する。
【０００２】
近年、インターネット等のマルチメディア型サービスが一般家庭を含めて社会全体へと広く普及してきており、このようなサービスを利用するための経済的で信頼性の高いディジタル加入者線伝送システムの早期提供が強く求められている。
【０００３】
【従来の技術】
［１］ＡＤＳＬ技術の説明
既設の電話回線を高速データ通信回線として利用するディジタル加入者線伝送システムを提供する技術としては、ｘＤＳＬ（Digital Subscriber Line)が知られている。ｘＤＳＬは電話回線を利用した伝送方式で、かつ、変復調技術の一つである。このｘＤＳＬは、大きく分けて加入者宅（以下、加入者側と呼ぶ。）から収容局（以下、局側と呼ぶ）への上り伝送速度と、局側から加入者側への下り伝送速度が対称のものと、非対称のものに分けられる。
【０００４】
非対称型のｘＤＳＬにはＡＤＳＬ（Asymmetric DSL) があり、下り伝送速度が６Ｍビット／秒程度のＧ．ＤＭＴと１．５Ｍビット／秒程度のＧ．ｌｉｔｅがあるが、どちらも変調方式としてＤＭＴ（Discrete Multiple Tone) 変調方式を採用している。
［２］ＤＭＴ変調方式の説明
ＤＭＴ変調方式をＧ．ｌｉｔｅを例にとり、図１１を用いて説明する。また、本説明および説明図は局から加入者への下り方向の変復調についてのみ記す。
【０００５】
まず、装置に送信データが入力されSerial to Parallel Buffer １０に１シンボル時間（１／４ｋＨｚ）分ストアされる。ストアされたデータは送信ビットマップ６０（後述）で前もって決められたキャリア当たりの伝送ビット数毎に分割して、Encoder ２０に出力する。Encoder ２０では入力されたビット列をそれぞれ直交振幅変調するための信号点に変換してIFFT３０に出力する。IFFT３０は逆高速フーリエ変換を行うことでそれぞれの信号点について直交振幅変調を行い、Parallel to Serial Buffer ４０に出力する。ここで、IFFT出力の２４０〜２５５ポイントの１６ポイントをCyclic Prefix としてＤＭＴシンボルの先頭に加える。Parallel to Serial Buffer ４０からD/A Converter ５０へ１．１０４ＭＨｚのサンプリング周波数でアナログ信号に変換され、メタリック回線１００を経由して加入者側に伝送される。
【０００６】
加入者側では、A/D Converter １１０により、１．１０４ＭＨｚのディジタル信号に変換され、Serial to Parallel Buffer １２０に１ＤＭＴシンボル分ストアされる。同BufferでCyclic Prefix が除去され、FFT １３０に出力される。FFT １３０では高速フーリエ変換を行い、信号点を発生（復調）する。復調した信号点はDecoder １４０により送信ビットマップ６０と同じ値を保持している受信ビットマップ１６０に従ってデコードする。デコードしたデータはParallel to Selial Buffer １５０にストアされ、ビット列として受信データとなる。
［３］ビットマップの詳細説明
ＤＭＴ変調方式で記したビットマップについて、図１２を用いて、より詳細に説明する。
【０００７】
局側の装置と加入者側の装置は、通信を行うためのトレーニング時に回線の変調信号とノイズの比（以下、Ｓ／Ｎと呼ぶ。）を測定し、各変調キャリアで伝送するビット数を決定する。図１２に示すように、Ｓ／Ｎが大きいキャリアでは伝送ビット数を多く割り当て、Ｓ／Ｎが小さいところでは伝送ビット数を少なく割り当てる。
【０００８】
これにより、受信側では測定したＳ／Ｎから、キャリア番号に対応した伝送ビット数を示すビットマップが作成される。
【０００９】
受信側ではこのビットマップをトレーニング中に送信側に通知することで、定常のデータ通信時に送受信側とも同じビットマップを用いて変復調を行うことが可能となる。
［４］ＩＳＤＮピンポン伝送からの漏話対策
ＩＳＤＮピンポン伝送からの漏話（以下、TCM Cross-talkと呼ぶ。）がある場合に、ＡＤＳＬでは前述のビットマップを２個使用することで伝送特性を向上しようとしていた。このビットマップを２個使用する方法を図１３を用いて説明する。
【００１０】
ＩＳＤＮピンポン伝送では、図１３に示す４００Ｈｚに同期して、局側が４００Ｈｚの前半のサイクルで下りデータを送信し、加入者側は下りデータ受信後、上りデータを送信する。このため、局側のＡＤＳＬでは４００Ｈｚの前半のサイクルでＩＳＤＮからの近端漏話（以下、ＮＥＸＴと呼ぶ。）の影響を受け、後半のサイクルで加入者側ＩＳＤＮの上りデータからの遠端漏話（以下、ＦＥＸＴと呼ぶ。）の影響を受ける。
【００１１】
加入者側ＡＤＳＬでは、局側とは逆に４００Ｈｚの前半でＦＥＸＴの影響を受け、後半のサイクルでＮＥＸＴの影響を受ける。
【００１２】
局と加入者の間のメタリックケーブルが長くなると、受信信号とＮＥＸＴとのＳ／Ｎが小さくなり、場合によっては受信信号よりもＮＥＸＴのほうが大きくなる。
【００１３】
この場合でもＦＥＸＴの影響はあまりないことから、従来はＮＥＸＴ区間受信用のビットマップ（ＤＭＴシンボルＡ）と、ＦＥＸＴ区間受信用のビットマップ（ＤＭＴシンボルＢ）を２個用意して、ＮＥＸＴ区間では伝送ビット数を小さくして、Ｓ／Ｎ耐力を向上し、ＦＥＸＴ区間で伝送ビット数を大きくして、伝送容量を大きくする手法を採っていた。
【００１４】
また、このとき、４００ＨｚのTCM Cross-talkの周期に合わせるため、本来なら１６ポイントのCyclic Prefix で１ＤＭＴシンボル当たり２４６μＳであるのに対し、Cyclic Prefix を２０ポイントとして、１ＤＭＴシンボル当たり２５０μＳとし、TCM Cross-talkの１周期とＤＭＴシンボル１０個分の時間を合わせてTCM Cross-talkに同期していた。
［５］ FEXT およびNEXT
図１にADSLがTCM-ISDNから受けるクロストークについてのタイミングチャートを示す。
【００１５】
TCM-ISDNは400 -Hz-の周波数で動作し、その周期は2.5 -ms-である。TCM-ISDN１周期のうち、前半の半周期はCO側が送信し、後半の半周期はRT側が送信する。したがって、TCM-ISDN１周期のうち、前半の半周期において、局側ADSL装置(ATU-C) はTCM-ISDNから近端漏話（以下、NEXT : near end cross-talk) の影響を受け、後半の半周期において、TCM-ISDNから遠端漏話( 以下、FEXT : far end cross-talk)の影響を受ける。一方では、TCM-ISDN１周期のうち、前半の半周期において、加入者側ADSL装置(ATU-R) はTCM-ISDNからFEXTの影響を受け、後半の半周期において、TCM-ISDNからNEXTの影響を受ける。本明細書では、このようなNEXT, FEXTの影響を受ける時間領域をそれぞれNEXT区間, FEXT区間と呼ぶ。
【００１６】
局側ADSL装置(ATU-C) は加入者側ADSL装置(ATU-R) におけるFEXT区間およびNEXT区間を推定(define)することができる。また、加入者側ADSL装置(ATU-R) も同様に局側ADSL装置(ATU-C) におけるFEXT区間およびNEXT区間を推定することができる。そして、それぞれの区間を以下のように定義する。
【００１７】
FEXTR : ATU-C が推定したATU-R におけるFEXT区間
NEXTR : ATU-C が推定したATU-R におけるNEXT区間
FEXTC : ATU-R が推定したATU-C におけるFEXT区間
NEXTC : ATU-R が推定したATU-C におけるNEXT区間
なお、上記定義には伝送遅延も考慮されている。
［６］スライディング・ウインドウ
上記したようなTCM-ISDNからのクロストーク環境のもとで、ADSL信号を良好に伝送し得るディジタル加入者線伝送システムを提供することを目的に、本出願人は先に特願平１０−１４４９１３号によって「スライディング・ウィンドウ」の導入を提案した。
【００１８】
上記特願平１０−１４４９１３号によれば、局側ADSL装置(ATU-C) から加入者側ADSL装置(ATU-R) へとADSL信号を送信する下り方向の場合、TCM-ISDNからのクロストーク環境のもとで局側ADSL装置(ATU-C) が送信するADSL信号の状態を以下のように定めるものである。
【００１９】
すなわち、図２に示すように、送信シンボルが完全にFEXTR 区間内に含まれる場合、スライディング・ウインドウにより、局側ADSL装置(ATU-C) はそのシンボルをインサイド・シンボルとして送信する。また、送信シンボルが一部でもNEXTR 区間に含まれる場合、局側ADSL装置(ATU-C) はそのシンボルをアウトサイド・シンボルとして送信する。
【００２０】
また、局側ADSL装置(ATU-C) はFEXTR 区間用ビットマップであるビットマップＡを用いてインサイド・シンボルを送信し、NEXTR 区間用ビットマップであるビットマップＢを用いてアウトサイド・シンボルを送信する（Dual Bitmap ）。
下りと同様に、上りにおいて、加入者側ADSL装置(ATU-R) はFEXTC 区間用ビットマップであるビットマップＡを用いてインサイド・シンボルを送信し、NEXTC 区間用ビットマップであるビットマップＢを用いてアウトサイド・シンボルを送信する。
【００２１】
ここで、局側ADSL装置(ATU-C) はビットマップＢを用いない場合がある（Single Bitmap ）。このとき、局側ADSL装置(ATU-C) はスライディング・ウインドウの外側において、パイロット・トーンのみを送信する。同様に加入者側ADSL装置(ATU-R) もビットマップＢを用いない場合があり、加入者側ADSL装置(ATU-R) はスライディング・ウインドウの外側では何も送信しない。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、TCM-ISDNからのノイズ環境下における有効なADSLの伝送技術については、例えば本出願人によってなされた上記特願平１０−１４４９１３号によって提供されるものであるが、このような伝送技術を採用するに当たってのADSLトランシーバにおける具体的なトレーニング方法、あるいはそのようなトレーニング方法を実施する手段といった点については、未だ検討の余地が残されている。
【００２３】
本発明は、上記のような点についての新たな知見と考察に基づいてなされたものであり、TCM-ISDNからのノイズ環境下におけるADSL信号の有効な伝送技術を採用するに当たっての、ADSLトランシーバにおける具体的なトレーニング方法、あるいはそのようなトレーニング方法を実施する手段を備えたディジタル加入者線伝送システム及びこれに用いられる通信装置を提供することを目的とするものである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の側面によれば、既存の電話回線を介して局側の装置と加入者側の装置が通信を行うディジタル加入者線伝送システムにおいて、局側装置（ ATU-C ）、加入者側装置（ ATU-R ）それぞれ独立したハイパーフレームカウンタを有し、そのカウンタがＤＭＴシンボルクロックを連続して所定回数カウントすることでＤＭＴシンボル数のカウントを行い、そのカウント値を用いてスライディングウインドウＤＥＣによりスライディングウインドウの FEXTR, NEXTR, FEXTC, NEXTC の区間の特定を行う手段を有することを特徴とするディジタル加入者線伝送システムが提供される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の一実施態様を詳述する。
［１］イニシャライゼーション
図３にADSLトランシーバのイニシャライゼーションにおけるタイミングチャートの概要を示す。ADSLのトレーニング時では、上り、下りともTCM-ISDNへの影響を考慮し、TCM-ISDNへのNEXTノイズとならない区間にのみ、ADSLの信号を送出することが重要となる。そのため、図３に示されているように、トランシーバ・トレーニング(Transceiver training)およびエクスチェンジ(Exchange)ではシングルビットマップ(Single Bitmap) でイニシャライゼーションを行う。チャネル・アナリシス(Channel analysis)についてもC メドレ(C-MEDLEY)およびR メドレ(R-MEDLEY)以外のシーケンスにおいては、シングルビットマップ(Single Bitmap) でイニシャライゼーションを行うが、C メドレ(C-MEDLEY)およびR メドレ(R-MEDLEY)のみにおいては、デュアルビットマップ(Dual Bitmap) 時はインサイド・シンボル、アウトサイド・シンボルの両方で、シングルビットマップ(Single Bitmap) 時はインサイド・シンボルのみで回線品質の調査（S/N の測定）を行う。
［２］イニシャライズカウンタ
図４に本発明のイニシャライズカウンタの実施態様を示す。
【００２６】
ADSLでは局側ADSL装置(ATU-C) 、加入者側ADSL装置(ATU-R) それぞれ独立したカウンタを持つ。ハイパーフレームカウンタ(501) はＤＭＴシンボルクロック(519) を連続して所定回数( 例えば345 回) カウントすることでDMT シンボルの数をカウントする機能を持ち、そのカウンタ値を用いてスライディングウィンドウDEC(503)によりスライディング・ウィンドウのFEXTR 、NEXTR 、FEXTC 、NEXTCの区間の特定を行う(523) 。
また局側ADSL装置(ATU-C) ではC-REVEILLE、C-RATES1の開始を、加入者側ADSL装置(ATU-R) ではR-REBERB3 の開始を400Hz の位相に合わせるため、400Hz 信号(517) をシーケンスの遷移条件とすること(507) と、そのときにハイパーフレームカウンタ(501) をクリアすることで、これを実現する。シンボル数カウンタ(505) は、DMT シンボルクロック(519) をカウントすることでDMT シンボルの数をカウントし、カウント値DEC(513)の値と一致したこと(509) をシーケンスの遷移条件とすること(507) とで各イニシャライズ信号の長さを決定する。また外部からの受信信号検出信号やCRC 演算結果などのシーケンス遷移情報(521) を遷移条件論理(507) とし、シーケンスカウンタ(511) のイネーブル信号とすることで、シーケンスカウンタ(511) のカウント値がイニシャライズシーケンスの状態を表すコード値となり、シーケンスカウンタ(511) のカウント値を用いてイニシャライズDEC により、送信するイニシャライズ信号(C-REVEILLE 、C-PILOT1、C-REVERB1 など) を決定するイニシャライズ情報(525) を作成する。
この方法はハードでの実現を意識したものであるが、ソフトにおいても同様な構成で実現できる。
【００２７】
また、C-PILOT1において、TCM-ISDN400 -Hz-の位相を局側ADSL装置(ATU-C) から加入者側ADSL装置(ATU-R) に通知し、加入者側ADSL装置(ATU-R) ではこれを検出し400Hz 信号(517) とする。この方法の詳細は後述するが、これにより、加入者側ADSL装置(ATU-R) においてTCM-ISDN等の周期的なクロストーク検出が可能になる。
［３］トランシーバトレーニング(Transceiver training)
トランシーバトレーニング(Transceiver training)にはTEQ, FEQ, AGC,タイミング再生, フレーム同期のトレーニングシーケンスが含まれている。これらについては、ADSLトランシーバが例えばシンクロナイゼーションシンボル(S) といった疑似確率信号を繰り返し送出しているときにのみ、トレーニングが行われる。一方、トランシーバトレーニング(Transceiver training)ではシングルビットマップ(Single Bitmap) でイニシャライゼーションを行うため、これらのトレーニングは必然的にFEXT区間のみで行われることになる。
【００２８】
ただし、トランシーバトレーニング(Transceiver training)において、デュアルビットマップ(Dual Bitmap) でイニシャライゼーションを行うことがあれば、FEXT区間でのみトレーニングを行うこともある。
【００２９】
TEQ およびFEQ トレーニングにおいては、FEXT区間およびNEXT区間を問わず、連続してトレーニングを行うことも可能である。このとき、NEXT区間においては、TEQ およびFEQ の係数更新用ステップサイズを0 、または非常に小さい値にする。
［４］Inverse Synchronization Symbol
図８、９に示すように、１つのハイパー・フレーム中に１つの インバースシンクロナイゼーションシンボル(I)があるが、各トレーニングおいては、同期速度向上のため、この インバースシンクロナイゼーションシンボル(I)も以下のようにしてシンクロナイゼーションシンボル(S) と併せて使用する。
【００３０】
受信側で インバースシンクロナイゼーションシンボル(I)が受信されたら、図１２に示されているFFT(130)の後でパイロット・トーンを除く各キャリアの位相を180 度回転させる。これにより、シンクロナイゼーションシンボル(S) を受信したときと同じ状態し、その後、受信側で生成した シンクロナイゼーションシンボル(S) を用いてトレーニングを行う。
【００３１】
フレーム同期のための位相検出においては、シンクロナイゼーションシンボル(S) を用いて位相検出を行った場合、次の インバースシンクロナイゼーションシンボル(I)で確認を行う。また、インバースシンクロナイゼーションシンボルル(I) を用いて位相検出を行った場合、次の シンクロナイゼーションシンボル(S)で確認を行う。
［５］TCM-ISDN 400 -Hz- の位相を局側ADSL装置(ATU-C) から加入者側ADSL装置(ATU-R) に通知する方法
以下にTCM-ISDN 400 -Hz- の位相を局側ADSL装置(ATU-C) から加入者側ADSL装置(ATU-R) に通知する方法の詳細を示す。
【００３２】
C-PILOT1ではパイロット・トーンの他に、TCM-ISDNからのクロストークの少ない周波数帯に属する74番目(319.125 kHz) のキャリアを送信する。局側ADSL装置(ATU-C) から加入者側ADSL装置(ATU-R) にTCM-ISDN 400 -Hz- の位相の通知を、この74番目のキャリアで２ビットを使用して以下のように行う。なお、この様子は図１０に示されている。
【００３３】
【表１】

加入者側ADSL装置(ATU-R) は、局側ADSL装置(ATU-C) から送信された74番目のキャリアを受信し、以下の２種類の方法により、TCM-ISDN 400 -Hz- の位相を認識する。
（１）FFT を行うことで、TCM-ISDN 400 -Hz- の位相を認識する方法
加入者側ADSL装置(ATU-R) では、74番目のキャリアを受信してから、図１２に示されているFFT(130)を実行する。そして、そのFFT 出力の位相により、FEXTR 区間あるいはNEXTR 区間を認識する。そして、その情報を用いてTCM-ISDN 400 Hzの位相を認識する。
【００３４】
しかし、この方法では256 ポイントごとの比較的粗い精度のみでしか加入者側ADSL装置(ATU-R) はTCM-ISDN 400 -Hz- の位相を認識することができない。そこで、より良い精度を得るためには次の方法が有効である。
（２）QPSK復調を行うことで、TCM-ISDN 400 -Hz- の位相を認識する方法
加入者側ADSL装置(ATU-R) では、74番目のキャリアを受信してから、図５に示すようにQPSK復調を行う。そして、その結果により、FEXTR 区間あるいはNEXTR区間を認識する。そして、その情報を用いてTCM-ISDN 400 -Hz- の位相を認識する。
本方式では、1 ポイントごとの高い精度で加入者側ADSL装置(ATU-R) はTCM-ISDN 400 -Hz- の位相を認識することが可能となる。
［６］TCM-ISDN 400 -Hz- burst clock のPLL 構成法
図６にATU-C 送信器リファレンスモデルを示す。図６に示されているように、局側ADSL装置(ATU-C) 装置には外部からNTR (Network Timing Reference)と呼ばれる8 -kHz- の信号が常に入力される。また、TCM-ISDN 400 -Hz- の信号も外部から入力される場合がある。TCM-ISDN 400 -Hz- の信号は、外部から入力されずに局側ADSL装置(ATU-C) 装置内部で生成される場合もある（例えば、特願平10-115223号を参照のこと）。このとき、TCM-ISDN 400 -Hz- とNTR 8 -kHz- は、周波数同期が取れている。
【００３５】
図７に示す局側ADSL装置(ATU-C) 装置において、装置内で400 -Hz-を認識するために、外部からTCM-ISDN 400 -Hz-(702)が入力された場合、そのTCM-ISDN 400Hzを局側ADSL装置(ATU-C) 内部の発振器(VCXO)(704) に入力して、APLL(703) で同期をとるのではなく、外部からのNTR 8 -kHz-(701)信号（TCM-ISDN 400 HzとNTR 8kHzは、周波数同期が取れている）をVCXOに入力して局側ADSL装置(ATU-C) の発振周波数(704) と同期を取り、それを分周した400 Hz (709)を生成することを特徴とする。
【００３６】
まず、通常は、局側ADSL装置(ATU-C) 内部のPLL にTCM-ISDN 400 -Hz- (702) を入力し、そのTCM-ISDN 400 -Hz- と内部のVCXO(704) の周波数と同期をとる。通常局側ADSL装置(ATU-C) のVCXOの発振周波数は、17.664 -MHz-程度であり、その場合は、TCM-ISDN 400 -Hz- との同期をかける場合は、44160(17.664M/400)に１回の位相比較情報により、PLL 同期動作を行うこととなる。通常、位相比較回数が多いほど、位相ジッターや、周波数誤差は、小さくなる。しかし、17.664 -MHz-のクロックにおいて、44160 回に１回の位相比較では、通常位相ジッターや周波数誤差が非常に大きくなる。
【００３７】
これを避けるため、TCM-ISDN 400 -Hz- に同期したNTR 8 -kHz- (701) が局側ADSL装置(ATU-C) には必ず外部から供給されているので、このNTR 8 -kHz- により局側ADSL装置(ATU-C) 内部のVCXOをPLL 同期動作を行えば、位相比較回数がTCM-ISDN 400 -Hz- の時より20倍増加し、2208に１回の位相比較情報が得られ、位相ジッターや周波数誤差が低減可能となる。
【００３８】
なお、上記の態様は本発明を実施するに当たっての一態様に過ぎず、他に幾多の変形が考慮されるが、いずれの場合においても本発明の効果が変わらないことは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、TCM-ISDNからのノイズ環境下におけるADSL信号の有効な伝送技術を採用するに当たっての、ADSLトランシーバにおける具体的なトレーニング方法、あるいはそのようなトレーニング方法を実施する手段を備えたディジタル加入者線伝送システム及びこれに用いられる通信装置が提供されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＴＣＭ−ＩＳＤＮクロストークのタイミングチャートである。
【図２】スライディング・ウィンドウを示す図である。
【図３】イニシャライゼーションにおけるタイミングチャートの概要を示す図である。
【図４】本発明のイニシャライズカウンタの実施態様を示す図である。
【図５】ＱＰＳＫ復調を示す図である。
【図６】ＡＴＵ−Ｃ送信機リファレンスモデルを示す図である。
【図７】ＡＴＵ−Ｃタイミング再生アルゴリズムを示す図である。
【図８】ＳＷＢ方式の局側伝送パターンを示す図である。
【図９】ＳＷＢ方式の加入者側伝送パターンを示す図である。
【図１０】ＤＭＴシンボル毎の送信パターンを示す図である。
【図１１】ビットマップを２個使用する場合のＳＷＢ方式を示す図である。
【図１２】ＤＭＴ変調方式による加入者伝送システムの機能ブロックを示す図である。
【図１３】ビットマップの定義を示す図である。
【図１４】従来例を示す図である。
【符号の説明】
５０１ … ハイパーフレームカウンタ
５０３ … スライディングウィンドウDEC
５０５ … シンボル数カウンタ
５０７ … 遷移条件論理
５１１ … シーケンスカウンタ
５１７ … 400Hz 信号
５１９ … ＤＭＴシンボルクロック
５２１ … シーケンス遷移情報
５２５ … イニシャライズ情報

Claims (1)

1. 既存の電話回線を介して局側の装置と加入者側の装置が通信を行うディジタル加入者線伝送システムにおいて、
   局側装置（ＡＴＵ−Ｃ）、加入者側装置（ＡＴＵ−Ｒ）それぞれ独立したハイパーフレームカウンタ(501)を有し、そのハイパーフレームカウンタがＤＭＴシンボルクロックを連続して所定回数カウントすることでＤＭＴシンボル数のカウントを行い、カウント値を用いてスライディングウインドウＤＥＣ(503)によりスライディングウインドウのＦＥＸＴＲ、ＮＥＸＴＲ、ＦＥＸＴＣ、ＮＥＸＴＣの区間の特定を行う手段を有することを特徴とするディジタル加入者線伝送システム。

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