JP3926628B2 - 電話線用の端末デバイス - Google Patents

Description

本発明は、配線に基づいた電話システム、特に、電話線の少なくとも１つが数個の電話アウトレット（telephone outlets）を有する多線式電話線（multiple telephone line）を備えたＰＢＸシステムの電話線用の端末デバイス（termination device）に関するものである。
【０００１】
例えば家、ホテルの部屋またはオフィスといった多くの場所には、１つの電話機回路網において同じ電話線に接続された多線式電話アウトレットまたはソケットが多数備えられている。高速データサービスを提供するために、高速モデム（例えばＶＤＳＬモデム）がアウトレットの１つに接続されていることもある。同時に、この電話線の他のアウトレットを、電話機器、ファックス機器などのような他の通信デバイスに接続されている場合もあるし、接続されていない場合もある。
【０００２】
図１は、電話線Ｔを介して電話機回路網に接続された電話ソケットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを備えた部屋の壁（例えばホテルの部屋の壁）を示している。供給分配器（service splitter）は、電話ソケットＡに接続されている。この供給分配器は、信号を多線式誘導信号（multiple derived signals）に分離する（brakes）連結器である。この分配器は、ソケットＡから来る受信信号を、信号周波数に基づいて送信信号に分配し、低周波数範囲において伝送される音声信号を、高周波数範囲において伝送されるデータ信号から分離する。この供給分配器は、モデムおよびＰＯＴＳまたはＩＳＤＮ端子に接続されている。ＰＯＴＳ（ＰＯＴＳ：公衆電話交換網（plane old telephone system））では、音声データは０Ｈｚ〜約３．４ｋＨｚの低周波数範囲において伝送されるのに対して、ＩＳＤＮでは、音声データは０Ｈｚ〜約１３０ｋＨｚの周波数範囲において伝送される。電話機は、電話端末に接続されている。パーソナル・コンピュータまたはラップトップ型コンピュータのような広帯域通信デバイスは、データ伝送用モデムに接続されている。図１に示したモデムは、例えば高速データサービスを提供する供給分配器に接続されているＶＤＳＬモデム（ＶＤＳＬ：超高速（very high-speed）加入者線デジタル伝送方式）のような高速モデムである。
【０００３】
ＤＳＬ（ＤＳＬ：加入者線デジタル伝送方式）は、加入者または他の末端消費者にデジタル通信（digital connection）を提供する。デジタル信号伝送方法（digital signaling methods）を用いることにより、音声とデータとの両方を、通常の電話配線を介して、しかし従来のモデムを用いてなしうる以上に高速に伝送できる。ｘＤＳＬモデムは、ＡＤＳＬモデム（ＡＤＳＬ：非対称型加入者線デジタル伝送方式）、ＨＤＳＬモデム（ＨＤＳＬ：高速加入者線デジタル伝送方式）、ＭＤＳＬモデム（ＭＤＳＬ：中速（medium bit rate）加入者線デジタル伝送方式）またはＶＤＳＬモデムであってもよい。ｘＤＳＬ高速モデムは、高周波数範囲においてデータを伝送する。
【０００４】
図２は、従来の電話線を介して伝送された信号の周波数スペクトルの概略を示す図である。この図から、音声信号は低周波数範囲において伝送され、データ信号は高周波数範囲において伝送されることが分かる。モデムは、広帯域通信デバイスから供給分配器およびソケットＡを介して電話機回路網へ（いわゆる上流へ）データを送信し、電話機回路網から、下流の周波数帯域に位置するソケットＡおよび供給分配器を介して（いわゆる下流へ）データを受信する。上流および下流の周波数帯域の間には、保護周波数帯域が位置しており、これは、アマチュア無線に起因する妨害を避けるために、アマチュア無線帯域内に位置することが好ましい。
【０００５】
高速ｘＤＳＬモデムは、通常１ＭＨｚ以上の高速の周波数で、下流の周波数帯域内においてデータを受信する。
【０００６】
波長λと周波数ｆとの積に比例する電話信号Ｖの伝達速度間には、関数関係が成り立っている。
【０００７】
Ｖ〜λ＊ｆ
電話線を介して伝送される信号の波長λは、周波数ｆが増すと短くなる。ｘＤＳＬモデムを用いた場合のように、超高周波数帯域において信号が伝送されると、波長λは数メートルの大きさ（magnitude）になる。すなわち、波長λは建物内の壁の大きさ（magnitude）に相当するサイズを有することとなる。したがって、図１のソケットＢのような、デバイスが接続されておらず、かつ、配線を介して電話線Ｔに電気的に接続されている他のソケットでは、信号反射（signal reflections）が起こり得る。これらの他のアウトレットは、主伝送電話線Ｔに接続されているスタブ（stubs-of wire）として、高速モデムによって識別される。これらのスタブは、信号周波数スペクトルにおいて妨害「ノッチ（notches）」を誘発する程に、信号を反射する。
【０００８】
図２には、信号を反射し、かつ、デバイスが接続されていないソケットによって誘発される「ノッチ」が示されている。誘発された「ノッチ」ｆ_notchの周波数とノッチの鋭さ（severity）とは、図１に示した延長配線の長さＬによって決まる。
【０００９】
ソケットＢにおける信号反射に加えて、他のアウトレットＣ、Ｄに接続された他の電話機は、作動中に、ｘＤＳＬデータ伝送周波数範囲においてｘＤＳＬに伝送するための他の干渉信号（interference signal）を発生させる。例えば接続されたコードレス電話基地局（cordless phone base station）からソケットＤに伝送されるクロック信号のような信号は、ｘＤＳＬデータ伝送を妨害するかもしれない。
【００１０】
したがって、本発明の課題は、高速モデムを用いてデータを伝送する際に信号妨害を防止する端末デバイスを提供することである。
【００１１】
この課題を、主請求項１の特徴を有する端末デバイスによって達成する。
【００１２】
本発明による端末デバイスは、高域フィルターとインピーダンス手段とを含んでいる。高域フィルターは、高速モデムに用いられる周波数帯域内において信号を分離するためのものである。インピーダンス手段は、高域フィルターに接続されており、高速モデムに用いられる周波数帯域における電話線のインピーダンスと整合したインピーダンスを有している。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態において、端末デバイスは、低周波数帯域内において伝送される電話音声信号を分離するための低域フィルターを含んでいる。
【００１４】
この利点は、端末デバイスに接続された電話機または基地局によって誘発される信号妨害が抑制されるという点にある。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態において、インピーダンス手段のインピーダンスは、周波数領域において漸近的な抵抗性（asymptotically resistive）を有している。
【００１６】
好ましい実施形態において、このインピーダンスは抵抗器である。
【００１７】
このインピーダンスは、１３０オームの抵抗器であることが好ましい。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態において、低域フィルターおよび高域フィルターは、受動フィルターである。
【００１９】
好ましい実施形態において、低域フィルターのカットオフ周波数は、約７００ｋＨｚである。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態において、高域フィルターのカットオフ周波数は、約１ＭＨｚである。
【００２１】
他の実施形態において、本発明による端末デバイスの低域フィルターおよび高域フィルターは、能動フィルターである。
【００２２】
本発明のさらに他の実施形態において、低周波数帯域は、０Ｈｚ〜約４ｋＨｚのＰＯＴＳ周波数帯域である。
【００２３】
本発明による端末デバイスの他の実施形態において、低周波数帯域は、０Ｈｚ〜約１３０ｋＨｚのＩＳＤＮ周波数帯域である。
【００２４】
本発明による端末デバイスの好ましい実施形態において、高速モデムはｘＤＳＬモデムである。
【００２５】
このｘＤＳＬモデムは、ＶＤＳＬモデムであることが好ましい。
【００２６】
本発明の好ましい実施形態において、高速モデムに用いられる周波数帯域は、データ下流周波数帯域およびデータ上流周波数帯域である。
【００２７】
データ下流周波数帯域は、０・９ＭＨｚ〜約３．５ＭＨｚであり、データ上流周波数帯域は、４ＭＨｚ〜約７．９ＭＨｚであることが好ましい。
【００２８】
好ましい実施形態によって、低域フィルターは、電話機を端末デバイスに接続するための出力端子を備えている。
【００２９】
本発明による端末デバイスの好ましい実施形態において、低域フィルターおよび高域フィルターは、互いに並列に接続されている。
【００３０】
好ましい実施形態において、電話線は、銅製のシールド無しツイストペアケーブル（ＵＴＰ）である。
【００３１】
本発明による端末デバイスのさらに他の好ましい実施形態において、電話機が端末デバイスに接続されていない場合、端末デバイスの端子は電話線に接続された入力端子に自動的に切り換えられる。
【００３２】
さらに他の実施形態において、端末デバイスは検知手段を含んでいる。この検知手段は、電話機が端末デバイスに接続されているかどうかを検知し、電話機が接続されていない場合には、高域フィルターと電話線とを接続するためのスイッチングユニットを制御する。
【００３３】
本発明による端末デバイスの好ましい実施形態において、インピーダンス手段のインピーダンスは、調節可能である。
【００３４】
本発明による端末デバイスのさらに他の実施形態において、端末デバイスは電話ソケットと一体化されている。
【００３５】
また別の実施形態において、端末デバイスは電話ジャックと一体化されている。
【００３６】
さらにまた別の実施形態において、端末デバイスは電話の延長配線と一体化されている。
【００３７】
本発明の重要な特徴を説明するために、本発明による端末デバイスのさらに他の好ましい実施形態を、図に基づいて詳述する。
【００３８】
図１は、本発明の根本的な課題について説明するための電話配線構造を示す図である。
【００３９】
図２は、本発明の根本的な課題について説明するための音声およびデータ伝送用の周波数スペクトルを示す図である。
【００４０】
図３は、本発明による数個の端末デバイスを含む電話配線構造を示す図である。
【００４１】
図４は、本発明による端末デバイスの好ましい実施形態を示すブロック図である。
【００４２】
図５は、本発明による受動フィルターを含む端末デバイスの好ましい実施形態を示す図である。
【００４３】
図３の電話配線構造に見られるように、部屋の壁１には数個の電話ソケットまたは電話アウトレット２、３、４、５が備えられている。
【００４４】
電話ソケット２は、電話音声信号をデータ信号と分離するために、線６を介して供給分配器７に接続されている。分離された電話音声信号は、信号線８を介して電話端末９に伝送され、また電話端末９から送信される。なお、電話端末９には、信号線１１を介して電話機１０が接続されている。
【００４５】
分配器７によって分離されたデータ信号は、データ信号線１２を介して、たとえばｘＤＳＬモデムである高速モデム１３に伝送される。ｘＤＳＬモデムは遠隔伝送ユニット（remote transmission unit）１４を含み、このユニット１４は、線１５を介して端末ユニット１６に接続されている。ラップトップ型コンピュータまたはパーソナル・コンピュータのような広帯域通信デバイスは、線１８を介して高速モデム１３の端末ユニット１６に接続されている。
【００４６】
ソケット２は、電話配線１９を介して電話機回路網２１の基礎伝送ユニット（basement-transmitting unit）２０に接続されている。電話配線１９は、通常、銅製の非シールドより対ケーブルである。
【００４７】
部屋の壁１では、接続配線２２、２３、２４、２５を介して電話配線１９に接続されたさらに他のソケット３、４、５が備えられている。
【００４８】
図３は、部屋の壁１内の可能な配線構造の一例を示しているのみであるが、ソケットおよび正確な配線の数は変更可能であり、未知数である。他のソケット３、４、５のそれぞれを接続すると、本発明による端末デバイス３０は、接続線２６、２７、２８を介して接続される。本発明による端末デバイス３０ｂに、線３１を介して従来の電話機２９が接続されている。さらに、本発明による端末デバイス３０ｃに、線３３を介してコードレス電話基地局３２が接続されている。配線構造は、例えばツリー構造のようなどのような実施形態でも有することができる。
【００４９】
図３に見られるように、本発明による端末デバイス３０は、供給分配器７の中を通って接続される電話ソケット２を除いた各電話ソケット３、４、５、６用に備えられている。
【００５０】
本発明による端末デバイス３０は、電話ソケット３、４、５と一体化されるのがよい。他の実施形態において、本発明による端末デバイス３０は、電話機、電話ジャックまたは電話の延長配線と一体化している。
【００５１】
図３に示した端末デバイス３０ａは、高周波数帯域において高速モデム１３に伝送される下流データを妨害する恐れのある、線２２、２５を介するソケット３から電話配線１９への妨害反射を防止する。
【００５２】
図３に示したような端末デバイス３０ｂは、電話機２９が作動する際に生じる信号が、高速モデム１３に用いられるｘＤＳＬ高周波数範囲においてｘＤＳＬデータ伝送に干渉することを防止する。
【００５３】
端末デバイス３０ｃは、コードレス電話基地局３２から発生した例えばクロック信号が、ｘＤＳＬ高周波数データ伝送範囲内におけるｘＤＳＬデータ伝送信号を妨害することを防止できる。
【００５４】
ソケット３〜５に接続された小型の端末デバイス３０は、電話配線１９を介して信号伝送に影響を与える妨害要因である信号反射およびアンテナ効果のような高周波数波状効果（high frequency wavelike-effects）を抑制する。図２に示したような妨害「ノッチ」は、本発明による小型の端末デバイス３０によって防止される。なお、この端末デバイス３０は、そのような「ノッチ」に誘発される恐れのあるデータエラーを減らすためものである。図３に示したような本発明による端末デバイス３０ａ〜３０ｃは、ソケット３〜５と連結するためのアダプターであってもよいし、または、他の実施形態においてはソケット３〜５と一体化できる。図３に示した高速モデム１３は、データ伝送用の電話配線１９において高周波数帯域を用いるモデム、すなわちｘＤＳＬモデムであればどのようなものでもよい。
【００５５】
図４は、本発明による端末デバイス３０の好ましい実施形態を示すブロック図である。例えば、端末デバイス３０は図４に示したソケット３に接続されている。ソケット３は、一組の電話配線３４、３５を含んでおり、これらに、線３６、３７を介して端末デバイス３０が接続されている。接続線３６、３７によって、低域フィルター３８は電話ソケット３と連結されている。高域フィルター３９は、信号線４０、４１を用いて低域フィルター３８に並列に接続されている。端末デバイス３０は、これを線３６、３７を介して電話ソケット３に連結している入力端子４２、４３を含んでいる。さらに、低域フィルター３８は、線４４、４５を介して端末デバイス３０の端子４６、４７に接続されている。端末デバイス３０の端子４６、４７に、線４９、５０を介して電話機４８を接続できる。電話機４８は、端末デバイスと連結してもよいが、本発明による端末デバイス３０は、電話機４８が低域フィルター３８に接続されていない場合でも作動する。高域フィルター３９は、線５１、５２を介してインピーダンス手段５３に接続されている。高域フィルター３９に接続されたインピーダンス手段５３は、電話機回路網システムに用いられる電話線のインピーダンスと、高速モデム１３に用いられる周波数帯域のインピーダンスとを整合したインピーダンスを含んでいる。
【００５６】
インピーダンス手段５３のインピーダンスは、複合的なインピーダンスではなく、実際のインピーダンスである。インピーダンス手段５３の値は、用いられた電話システムの電話線のインピーダンスに応じて決定される。ドイツでは、インピーダンス手段５３のインピーダンスは、１３０オームである。
【００５７】
低域フィルター３８および高域フィルター３９は、受動フィルターか能動フィルターかのどちらであってもよいが、生産コストが低く、かつ、フィルター用に電力を供給する必要のない、受動フィルターが好ましい。好ましい実施形態において、フィルターのカットオフ周波数は調整可能である。好ましい実施形態において、低域フィルター３８のカットオフ周波数は約７００ｋＨｚであり、高域フィルター３９のカットオフ周波数は約１ＭＨｚである。
【００５８】
低域フィルター３８は、低周波数帯域内において電話機４８に伝送され、また電話機４８から送信される電話音声信号を分離するために備えられている。低周波数帯域は、０Ｈｚ〜約４ｋＨｚのＰＯＴＳ周波数であってもよいし、または、他の実施形態においては、０Ｈｚ〜約１３０ｋＨｚのＩＳＤＮ周波数帯域であってもよい。
【００５９】
高域フィルター３９は、データ伝送用の高速モデム１３に用いられる周波数帯域内における線２２上で発生する信号を分離するために備えられている。この高速モデム１３は、ｘＤＳＬモデムであればどれでもよく、特にＶＤＳＬモデムであるのがよい。図３に示したような高速モデム１３に用いられる高周波数帯域は、図２に示したようなデータ下流周波数帯域とデータ上流周波数帯域とを含んでいる。好ましい実施形態において、周波数ｆ₁と周波数ｆ₂との間のデータ下流周波数帯域は、約０．９ＭＨｚ〜約３．５ＭＨｚの範囲内であり、好ましい実施形態において、周波数ｆ₃と周波数ｆ₄との間のデータ上流周波数帯域は、約４ＭＨｚ〜約７．９ＭＨｚに達する。低域フィルター３８および高域フィルター３９のカットオフ周波数は、データを伝送するための高速モデム１３に用いられる高周波数帯域範囲に応じて決まる。
【００６０】
好ましい実施形態において、電話機４８のような電話機が端末デバイス３０に接続されていない場合、高域フィルター３９は、電話ソケット３にスイッチングユニットを用いて自動的にスイッチを切り換える。このために、端末デバイス３０は、好ましい実施形態において、電話機４８が端末デバイス３０に接続されているかどうかを検知する検知手段を含んでいる。なお、この検知手段は、電話機４８が端末デバイス３０に接続されていない場合において、高域フィルター３９と電話ソケット３とを接続するためのスイッチングユニットを制御する。
【００６１】
さらに他の好ましい実施形態において、インピーダンス手段５３のインピーダンスは、調整可能である。このインピーダンスと端末デバイス３０のカットオフ周波数とを、例えばドイツおよびアメリカにおいては、電話機回路網の要求に応じて調整できる。
【００６２】
図５は、受動低域フィルター３８と受動高域フィルター３９とを備える本発明による端末デバイス３０の好ましい実施形態を示す図である。低域フィルター３８および高域フィルター３９は、受動構成素子のみを含んでいる。この受動構成素子は、キャパシタとインダクタンス計（inductivities）とを含んでいる。フィルター３８、３９の両方は、電力供給を必要とせず、低コストで生産できるものである。
【００６３】
低域フィルター３８は、線４２と４６との間に直列に接続されているインダクタンス計５４、５５、５６、５７を含んでいる。さらに、低域フィルター３８は、端子４３と端子４７との間に直列に接続されたインダクタンス計５８、５９、６０、６１を含んでいる。さらに、低域フィルター３８は、キャパシタ６５、６６、６７に対して直列に接続されたインダクタンス計６２、６３、６４を含んでいる。
【００６４】
高域フィルター３９は、端子４２と線５１との間に直列に接続されている２つのキャパシタ６２、６３を含んでいる。さらに、高域フィルター３９は、端子４３と線５２との間に同様に直列に接続されている２つのキャパシタ６４、６５を含んでいる。さらにまた、図５に示したような高域フィルター３９は、キャパシタ６６を備えており、これはインダクタンス計６７に接続されている。図５に示したような好ましい実施形態において、両方のフィルターは、インダクタンス計と固定値を有するフィルターとを備えている。他の実施形態において、フィルター３８、３９内の構成素子は、フィルターのカットオフ周波数を変化させて調整できる。図５から明らかに、本発明による端末デバイス３０は受動素子のみを含んでおり、したがって、本発明による端末デバイス３０を非常に小さなサイズの構成素子にすることによって、高集積化して形成し、端末デバイス３０を製造できる。加えて、図５に示したような端末デバイス３０にかかる製造コストは、非常に低い。
【００６５】
本発明による端末デバイス３０は、高速モデム１３、特にＶＤＳＬモデムがアウトレット２を介して接続されたその電話線と同じ電話配線１９に接続された多線式電話アウトレットを備えた所で、妨害効果を克服する。端末デバイス３０は、相関性を維持し、有効な特性を強め、高速データ伝送サービスの有効な最大伝送距離を拡大する。下流データ伝送周波数帯域および上流データ伝送周波数帯域において、信号ノッチに起因するビットエラー率を低くすることによって、有効な特性は強まる。さらに、本発明による端末デバイス３０を、低コストで小型化して生産できる。これにより、他の利点として、本発明による端末デバイス３０を、電話機自体の電話ソケット、電話ジャックと一体化できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の根本的な課題について説明するための電話配線構造を示す図である。
【図２】 本発明の根本的な課題について説明するための音声およびデータ伝送用の周波数スペクトルを示す図である。
【図３】 本発明による数個の端末デバイスを含む電話配線構造を示す図である。
【図４】 本発明による端末デバイスの好ましい実施形態を示すブロック図である。
【図５】 本発明による受動フィルターを含む端末デバイスの好ましい実施形態を示す図である。

Claims (17)

1. 配線に基づいた電話システムの電話線用の端末デバイスにおいて、
   上記端末デバイス（３０）を第１の電話ソケット（３）に連結するための入力端子（４２、４３）と、
   供給分配器（７）を介して第２の電話ソケット（２）に接続されるデータ伝送用の高速モデム（１３）に用いられる周波数帯域内において信号を分離するための受動高域フィルター（３９）と、
   上記受動高域フィルター（３９）と接続されたインピーダンス手段（５３）と、
   低周波数帯域内において伝送される電話音声信号を分離するための、受動低域フィルター（３８）と、
   上記端末デバイス（３０）の上記受動低域フィルター（３８）に電話機（４８）を接続するための出力端子（４６、４７）と、
   上記電話機（４８）が上記端末デバイス（３０）の上記出力端子（４６、４７）に接続されているかどうかを検知し、上記電話機（４８）が上記端末デバイス（３０）に接続されていない場合には、上記第１の電話ソケット（３）における信号反射を防止するために、自動的にスイッチを切り替えて上記受動高域フィルター（３９）を入力端子（４２、４３）に接続するスイッチングユニットを制御する検知手段とを含み、
   上記第１および第２の電話ソケット（３、２）は、電話機回路網（２１）の基礎伝送ユニット（２０）に接続され、
   上記インピーダンス手段（５３）は、高速モデム（１３）に用いられる周波数帯域における電話線（１９）のインピーダンスと整合するように、該電話線（１９）のインピーダンスに応じて決定されるインピーダンスを有し、
   上記受動低域フィルター（３８）は、上記端末デバイス（３０）の上記入力端子（４２、４３）に接続されている端末デバイス（３０）。
2. 上記インピーダンス手段（５３）のインピーダンスは、漸近的な抵抗性を有している請求項１に記載の端末デバイス。
3. 上記インピーダンス手段（５３）は、抵抗器である請求項２に記載の端末デバイス。
4. 上記抵抗器（５３）のインピーダンスは、１３０オームである請求項３に記載の端末デバイス。
5. 上記受動低域フィルター（３８）のカットオフ周波数は、約７００ｋＨｚである請求項１に記載の端末デバイス。
6. 上記受動高域フィルター（３９）のカットオフ周波数は、約１ＭＨｚである請求項１に記載の端末デバイス。
7. 上記低周波数帯域は、０Ｈｚ〜約４ｋＨｚのＰＯＴＳ周波数帯域である請求項１に記載の端末デバイス。
8. 上記低周波数帯域は、０Ｈｚ〜１３０ｋＨｚのＩＳＤＮ周波数帯域である請求項１に記載の端末デバイス。
9. 上記高速モデム（１３）は、ｘＤＳＬモデムである請求項１に記載の端末デバイス。
10. 上記ｘＤＳＬモデムは、ＶＤＳＬモデムである請求項９に記載の端末デバイス。
11. 上記高速モデム（１３）に用いられる周波数帯域は、データ下流周波数帯域とデータ上流周波数帯域とを含んでいる請求項１に記載の端末デバイス。
12. 上記データ下流周波数帯域は、０．９ＭＨｚ〜約３．５ＭＨｚであり、データ上流周波数帯域は、約４ＭＨｚ〜約７．９ＭＨｚである請求項１１に記載の端末デバイス。
13. 上記電話線は、シールド無しツイストペアケーブル（ＵＴＰ）である請求項１に記載の端末デバイス。
14. 上記端末デバイス（３０）は、上記第１の電話ソケット（３）と一体化されている請求項１に記載の端末デバイス。
15. 上記端末デバイス（３０）は、電話ジャックと一体化されている請求項１に記載の端末デバイス。
16. 上記端末デバイス（３０）は、電話の延長配線と一体化されている請求項１に記載の端末デバイス。
17. 上記受動低域フィルター（３８）と上記受動高域フィルター（３９）とのカットオフ周波数は調整可能である請求項１に記載の端末デバイス。

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