JP3934789B2 - 同期データ伝送出力制御装置および受信機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、狭帯域の周波数偏移変調(以下、FSKともいう。)通信システムにおいて、高速同期データ伝送を行う際の出力制御に適用して好適な同期データ伝送出力制御装置および通信可能範囲の報知可能な受信機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、通信システム、特に受信機では、受信信号の中、ノイズを抑圧し、情報信号である信号成分のみを増幅して出力する処理が必要とされる。この処理のために、ノイズスケルチ回路が実用化されている。
【0003】
例えば、特開昭62−86923号公報には、位相同期ループを用いて中間周波信号を復調し、復調信号をスイッチ回路を介して出力するスケルチ回路に係る技術が公表されている。
【0004】
また、特開昭59−61229号公報には、復調回路でクロックと音声信号を復調し、復調されたクロックの同期状態と受信電界強度により、音声信号を再生する音声増幅器のオンオフ状態を制御するスケルチ制御回路に係る技術が公表されている。
【0005】
しかし、いずれの技術も音声信号等のアナログ信号の復調に関する技術であり、同期クロックとデータとを復調する同期データ伝送技術に関しては、参考となるものが何も記載されていない。
【0006】
同期データ伝送(同期データ通信ともいう。)を行う場合のノイズスケルチ回路を有する狭帯域FSK受信機として、例えば、図5に示す狭帯域FSK受信機1の構成が考えられる。
【0007】
この狭帯域FSK受信機1では、アンテナ2により受信された信号が、高周波増幅回路(RF増幅回路)4、周波数変換回路6、中間周波増幅回路(IF増幅回路)8およびFM検波回路10を通じて、FM検波信号としてのFSK信号(FSK変調されたアナログ信号)とされる。FM検波信号は、ノイズスケルチ回路12において、信号であるかノイズであるかが弁別され、信号と弁別されたときのみ、該信号が波形整形回路14に出力される。
【0008】
波形整形回路14では、信号とされたFM検波信号と基準電圧とが比較され、FM検波信号が基準電圧より高い場合にはハイレベルH、低い場合にはローレベルLをとる2値信号が生成される。
【0009】
波形整形回路14から出力される2値信号は、同期クロックとデータとが複合された信号であり、デジタルPLL回路16により同期クロックCLKとデータDATAとが分離抽出されて復号され、復号された同期クロックに基づき復号されたデータの内容がCPU18によりFSK復調される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図5に示したような狭帯域FSK受信機1では、比較的に低速の同期データ通信を行う場合には、信号の周波数成分に比較してノイズの周波数成分が高いことから、ノイズスケルチ回路12が正確に作動し、ノイズスケルチ回路12から信号のみを弁別して出力することが可能となり、結果として、忠実度の高いFSK復調が可能となる。
【0011】
しかしながら、高速の同期データ通信を行う場合には、FM検波信号の周波数成分が高くなるため、ノイズスケルチ回路12では、真の信号と無信号時のノイズを判別することが困難になる。言い換えれば、ノイズスケルチ回路12に入力される信号の周波数成分がノイズの周波数成分に近くなり、信号を受信したときのみ出力するというノイズスケルチ回路12に特有の弁別制御が不安定になって、ノイズと信号の分離が不可能となり、結果として、信号のみを抽出することができなくなるという問題がある。
【0012】
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、高速の同期データ通信を行う際に、ノイズと、信号(データと同期クロック)との分離を正確に行うことを可能とする同期データ伝送出力制御装置を提供することを目的とする。
【0013】
また、この発明は、通信可能範囲にあるかどうかを簡易に知ることを可能とする受信機を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る同期データ伝送出力制御装置は、同期クロックとデータとが複合された2値信号が供給されて、データと同期クロックとを分離して出力するデジタルPLL回路と、前記デジタルPLL回路を構成する位相比較器からの出力信号に応じて、同期状態を判別する第1又は第2の2値のレベルをとる判別信号を出力する同期検出回路と、前記デジタルPLL回路の出力であるデータと同期クロックとが信号入力として供給されるとともに、前記同期検出回路の出力である判別信号が制御入力として供給され、前記判別信号が同期状態を表す前記第1レベルである場合にはゲートを開いて前記データと同期クロックとを出力し、前記判別信号が非同期状態を表す前記第2レベルである場合にはゲートを閉じるゲート回路とを備え、前記同期検出回路は、前記位相比較器からの出力信号の瞬間的な同期外れに係る短いパルスを除去し、かつ前記瞬間的な同期外れに係る短いパルスより長いパルスは高域分を除去して通過させるローパスフィルタと、前記ローパスフィルタからの所定レベルを超える高域分除去パルスを検出しないときには前記第1レベルの前記判別信号を出力し、前記所定レベルを超える高域分除去パルスを検出したときには一定時間、前記第2レベルの前記判別信号を出力するレベル検出器とを有することを特徴とする。
【0015】
この発明によれば、デジタルPLL回路を構成する位相比較器の出力信号に応じて同期状態を判別する同期検出回路の出力が、非同期状態ではなく同期状態(いわゆるデータリンク確立状態)を表す場合にのみ、ゲート回路を開くようにしている。ゲート回路が開かれているときに出力される信号は、データリンク確立状態にあるデータと同期クロックであるので、得られた同期クロックに基づき、得られたデータを確実に復調することができる。また、前記一定時間により、通信が可能かどうかのきわどい状態である電界強度の不安定領域でゲート回路のゲートが閉じられるので、前記一定時間の設定により電界強度の不安定領域でのデータと同期クロックの出力を回避することができる。
【0016】
この発明に係る受信機は、同期クロックとデータとが複合された2値信号が供給されて、データと同期クロックとを分離して出力するデジタルPLL回路と、前記デジタルPLL回路を構成する位相比較器からの出力信号に応じて、同期状態を判別する判別信号を出力する同期検出回路と、前記判別信号が供給され、前記判別信号により同期状態にあると判別した場合には通信可能状態にあることを報知し、非同期状態にあると判別した場合には通信不可状態にあることを報知する報知回路とを備え、前記同期検出回路は、前記位相比較器からの出力信号の瞬間的な同期外れに係る短いパルスを除去し、かつ前記瞬間的な同期外れに係る短いパルスより長いパルスは高域分を除去して通過させるローパスフィルタと、前記ローパスフィルタからの所定レベルを超える高域分除去パルスを検出しないときには前記同期状態にあるとする前記判別信号を出力し、前記所定レベルを超える高域分除去パルスを検出したときには一定時間、前記非同期状態にあるとする前記判別信号を出力するレベル検出器とを有することを特徴とする。
【0017】
この発明によれば、データリンク確立状態においては、通信可能状態にあることが報知され、データリンク非確立状態においては、通信不可状態にあることが報知されるので、例えば、データリンク確立状態を確認しながら周波数偏移変調信号の受信機の位置を移動することにより、受信機を容易に通信可能範囲に配置することができる。
【0018】
なお、報知回路としては、表示手段を利用した回路や音声出力手段を利用した回路等が考えられる。
【0019】
また、同期クロックとデータとが複合された2値信号としては、例えば、位相符号化2値信号、いわゆるマンチェスタ符号化信号がある。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に参照する図面において、上記図5に示したものと対応するものには同一の符号を付ける。
【0021】
図1は、この発明の一実施の形態が適用された周波数偏移変調信号の受信機(FSK受信機)22の構成を示している。
【0022】
FSK受信機22は、受信用のアンテナ2を有し、このアンテナ2の出力側に高周波増幅回路(RF増幅回路)4の入力側が接続されている。高周波増幅回路4の出力であるRF信号が、周波数変換回路6を通じて、中間周波信号(以下、IF信号ともいう。)として中間周波増幅回路(IF増幅回路)8に入力される。
【0023】
中間周波増幅回路8で増幅されたIF信号がFM検波回路10に入力され、FM検波回路10からFM検波信号(FM検波された周波数偏移変調信号)S1が出力される。このFM検波信号S1が、波形整形回路14に供給される。
【0024】
波形整形回路14は、基本的には比較器から構成され、FM検波信号S1を比較信号とし2値信号(ここでは、データに同期クロックが重畳された位相符号化2値信号であって、マンチェスタ符号化信号ともいう。)S2を出力する。
【0025】
2値信号S2が同期データ伝送出力制御装置としての出力制御回路24に供給され、信号であるかノイズであるかが判別され、ノイズではなく信号であると判別された場合にのみ、出力制御回路24から信号である同期クロックCLKとデータDATAが復号されて出力され、コンピュータとしての中央処理装置(CPU)18に供給される。
【0026】
図2は、図1中の出力制御回路24の具体的な回路構成例を示している。
【0027】
図2から分かるように、出力制御回路24は、基本的には、端子30を通じて2値信号S2(上述したようにデータに同期クロックが重畳された信号であり、結果として同期クロックとデータとが複合された信号)が供給されて、復号したデータDATAを出力するとともに、生成した同期クロックCLKを出力するデジタルPLL(DPLL)回路16と、このDPLL回路16を構成する位相比較器34からの出力信号である同期状態信号(ロック検出信号ともいう。)S3に応じて、同期状態(データリンク確立状態)を判別する判別信号S4を出力する同期検出回路44と、前記DPLL回路16の出力であるデータDATAと同期クロックCLKが信号入力として信号入力端子に供給されるとともに、同期検出回路44の判別信号S4がゲート開閉用制御入力として制御入力端子に供給され、該判別信号S4の値が同期状態を表す信号(値)である場合には、ゲートを開いてデータDATAと同期クロックCLKとを信号出力端子52、54から出力し、判別信号S4の値が非同期状態を表す信号(値)である場合にはゲートを閉じるゲート回路50とを備えている。
【0028】
DPLL回路16は、2値信号S2の変換点を抽出する変換点抽出器32と、抽出された変換点を表すパルスと生成されたクロックCLKとを比較する位相比較器34と、位相比較器34の位相誤差出力を直流信号化するループフィルタ36と、ループフィルタ36の出力である直流信号の値に応じた周波数のクロックCLKを発生する電圧制御発振器(VCO)38と、電圧制御発振器38により発生されたクロックCLKを用いて位相符号化2値信号である2値信号S2からデータDATAを復号化して出力するデータ復号器40とから構成される。
【0029】
同期検出回路44は、位相比較器34から得られる同期状態信号S3に含まれる瞬間的な同期外れ成分をノイズとして除去するための低域通過フィルタ(LPF)46と、LPF46を通過した同期状態信号から同期状態を判別して判別信号S4を出力するレベル検出器48とから構成される。
【0030】
同期検出回路44の出力、すなわちレベル検出器48の出力2値信号である判別信号S4が、ゲート回路50の制御入力端子に供給されるとともに、反転増幅器56を通じて、データリンクの確立状態を知らせるデータリンク確立状態報知手段としての表示手段である発光ダイオード(LED)58に供給される。発光ダイオード58は、この実施の形態において、データリンクが確立している状態、言い換えれば、同期クロックCLKとデータDATAとがゲート回路50から出力されている状態、すなわち、判別信号S4がハイレベルになっている状態においては非発光状態(消灯ともいう。)とされ、判別信号S4がローレベルになっていて同期クロックCLKとデータDATAとがゲート回路50から出力されていない状態では発光状態(点灯ともいう。)とされる報知回路として機能する。
【0031】
もちろん、例えば、2色発光の発光ダイオードを用い、データリンクが確立しているときには、例えば、緑色で発光し、確立していないときには赤色で発光するように変更することもできる。また、2つの発光ダイオードを用いて、データリンク確立時にのみ発光するデータリンク確立表示用と、データリンク非確立時にのみ発光するデータリンク非確立表示用とすることもできる。
【0032】
次に、この実施の形態の動作について図3に示す波形図をも参照しながら説明する。
【0033】
図1において、アンテナ2を通じて受信された信号がRF増幅回路4により増幅され、増幅されたRF信号が図示していない局部発振器を有する周波数変換回路6で局部発振信号により周波数変換されてIF信号とされる。このIF信号はIF増幅回路8で増幅された後、FM検波回路10により弁別されて、FM検波信号S1(図3A参照)とされる。FM検波信号S1は、FSK信号(FSK変調されたアナログ信号)である。
【0034】
図3に示す波形図中、時点t0以降は信号受信状態を示しており、正常なFM検波信号S1がFM検波回路10から出力されるものとする。
【0035】
図1において、FM検波信号S1が、比較器として機能する波形整形回路14で基準電圧Vref(図3A参照)と比較され、基準電圧Vref以上のレベルがハイレベルHとされ、基準電圧Vref未満のレベルがローレベルLとされる2値信号S2(図3B参照)とされる。
【0036】
この2値信号S2は、DPLL回路16を構成するデータ復号器40に供給されるとともに、変換点抽出器32に供給される。変換点抽出器32では、2値信号S2の立ち上がり点および立ち下がり点が抽出され、その立ち上がり点および立ち下がり点で発生するパルスを生成する。
【0037】
生成されたパルス列と、電圧制御発振器38で生成されたパルス、すなわち同期クロックCLKとが位相比較器34で比較され、この比較結果に基づく同期状態信号S3が同期検出回路44を構成するLPF46に供給される。
【0038】
また、位相比較器34での位相比較結果に応じた位相誤差信号(前記変換点抽出器32で生成されたパルス列と電圧制御発振器38で生成された同期クロックCLKの2つの入力信号の、例えば、差信号)がループフィルタ36により直流レベル化され、この直流レベルに応じたパルス列信号が同期クロックCLKとして、電圧制御発振器38により発生される。この場合、位相比較器34、ループフィルタ36および電圧制御発振器38は、いわゆるPLL(位相同期ループ)を構成しているので、位相比較器34の一方の入力(比較入力)に供給される電圧制御発振器38の出力信号である同期クロックCLKの周波数は、位相比較器34の他方の入力(基準入力)に供給されている変換点抽出器32で生成されたパルス列(以下、受信パルス列ともいう。)の平均周波数にロックされることになる。
【0039】
同期状態信号S3は、受信パルス列と同期クロックCLKとがロックされているとき、換言すれば、位相比較器34とループフィルタ36と電圧制御発振器38とによるPLLがロック状態に入っていて同期状態にあるときには、ハイレベルに保持され、受信パルス列と同期クロックCLKとの間に位相差が存在する場合、換言すれば、同期外れ状態(非同期状態ともいう。)にあるときには、その位相差が存在している期間のみローレベルとなるパルスとされる。
【0040】
ただし、同期状態信号S3の変化に即応してゲート回路50を開閉制御するようにすると、同期状態信号S3が、きわめて短い時間の間、ローレベルになる瞬間的なロック外れの状態でもゲート回路50を閉じてしまうという不都合を発生する場合があるので、このような場合には、ゲート回路50を閉じないように、LPF46の遮断周波数(時定数)を設定して、瞬間的にローレベルとなるパルスを除去するようにしている。なお、DPLL回路16のループフィルタ36の時定数の設定にもよるが、同期状態信号S3が、瞬間的にローレベルとなる瞬間的な同期外れ状態においては、同期クロックCLKの生成は中断されることなく、連続的に同期クロックCLKが電圧制御発振器38で生成されるのでデータリンク状態が確立されている。最適な状態に設定するために、好ましくは、LPF46の遮断周波数(時定数)が調整可能に構成される。
【0041】
また、レベル検出器48は、瞬間的な同期外れよりも長い時間であって、LPF46を通過した同期状態信号のローレベルを検出したとき、そのローレベルを検出した時から一定時間、判別信号S4の値をローレベルに保持する、いわゆるリトリガラブルワンショットマルチバイブレータの機能をも有する。この一定時間は、通信が可能かどうかのきわどい状態である電界強度の不安定領域を回避するための時間に設定される。また、この一定時間は可変可能に構成されている。このようなレベル検出器48の作用を電界強度不安定領域排除作用という。
【0042】
LPF46の出力信号が、ハイレベル状態になっている場合には、レベル検出器48の出力信号である判別信号S4はハイレベルとされてゲート回路50が開かれるとともに、反転増幅器56の作用により、この判別信号S4の反転信号となるLED58の入力信号がローレベルとされるのでLED58は発光しない消灯状態とされる。
【0043】
このとき、データ復号器40の一方の入力には、図3Bに示した2値信号S2が供給され、他方の入力には、電圧制御発振器38から図3Dに示す同期クロックCLKが供給されている。データ復号器40は、排他的論理和回路の構成とされており、2値信号S2と同期クロックCLKとの排他的論理和信号となるデータDATA(図3C参照)を出力する。
【0044】
データリンクが確立状態にあって、ゲート回路50が開かれているとき、データ復号器40により復号されたデータDATAと電圧制御発振器38により生成された同期クロックCLKとがゲート回路50を通過し、端子52、54を通じてCPU18に供給される。
【0045】
CPU18において、同期クロックCLKに基づき、データDATAの内容が復調される。
【0046】
図4は、参考のために描いた波形図であり、図3に示した波形に比較して、クロックとデータとがより高周波の成分を含むFM検波信号S1(図4A参照)であった場合においても、本発明の一実施の形態に係るFSK受信機22によれば、2値信号S2(図4B参照)から、同期クロックCLK(図4D参照:ゲート回路50の出力波形)とデータDATA(図4C参照:ゲート回路50の出力波形)とを確実に分離できることを示している。
【0047】
このように上述した実施の形態によれば、高速データ通信を行う場合においても、検波後の信号である2値信号S2の周波数成分の如何にかかわらず、DPLL回路16において、同期クロックCLKを抽出する際に、同期検出回路44により同期状態、すなわちデータリンク状態を判断し、例えば、レベル検出器48のレベルや検出範囲、あるいはLPF46の遮断周波数を適当に選択することで、通信システムに最適な設定でゲート回路50の開閉を制御することが可能となり、CPU18において、理想的なデータ復調を行うことができる。図4に示した波形のような高速データの送受信時においても、2値信号S2に含まれる周波数成分の如何にかかわらず、送受信間のリンク状態をみて信号を受信しているとみなした場合にのみ、ゲート回路50を開いてデータDATAと同期クロックCLKとを出力するような出力制御を行っているので、ノイズと信号を確実に分離して信号のみを抽出することができる。
【0048】
従来技術の項で述べた図5に示したFSK受信機1のノイズスケルチ回路12では、信号が受信された状態でデータを出力するため、例えば、弱電界付近で得られたデータには誤りが含まれる場合が多く、不確定なデータ処理を行ってしまうという可能性があるのに対して、この実施の形態の出力制御回路24を含むFSK受信機22では、同期状態であるとき、すなわちデータリンク確立状態であるとみなしたときのみ、データDATAおよび同期クロックCLKを出力するようにしているので、確実なデータの復調が可能となる。そして、出力制御回路24から信号が出力されるときには、必ず、信号であるデータDATAと同期クロックCLKのみが出力されることになる。
【0049】
また、非同期状態においては、同期検出回路44の出力信号である判別信号S4がローレベルLとなり、反転増幅器56の出力がハイレベルHとされ、反転増幅器56に接続されているLED58が発光されることになるので、このような場合には、言い換えれば、データリンクが確立されていない場合には、FSK受信機22を移動し、LED58が消灯する範囲に該FSK受信機22を配置するようにすることで、FSK受信機22を通信可能範囲に配置することができる。このように配置した通信可能範囲では、レベル検出器48の上述した電界強度不安定領域排除作用により、電界強度の安定領域(強電界領域)内であることが確保されている。
【0050】
そして、LED58の発光・非発光状態からデータリンク確立状態を目視により判断でき、したがって、FSK受信機22の配置位置が通信可能範囲であるかどうかを容易に判断することが可能となり、FSK受信機22あるいはそのアンテナ2の設置場所の有効性を簡単に確認することができる。
【0051】
なお、報知回路として機能するLED58に代替して、あるいはLED58とともに、同じく報知回路として機能する音声出力手段としてのブザー(データリンク確立状態報知手段)を接続し、非同期状態、すなわち非データリンク確立状態において、ブザーが鳴るようにし、同期状態においてブザーが鳴らないように構成してもよい。
【0052】
また、この発明は、上述の実施の形態に限らず、例えば、FSK受信機22だけではなく、ASK(振幅偏移変調)受信機やPSK(位相偏移変調)受信機等にも適用することが可能である等、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【0053】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、データリンクの確立状態を判別し、データリンクが確立しているときのみ、復調したデータと同期クロックとを出力するようにしているので、正確に信号成分のみを復調することができるという効果が達成される。
【0054】
また、データリンクの確立状態を報知することで、データリンクの確立状態を容易に知ることが可能となり、受信機が通信可能範囲にあるかどうかを容易に判断することができ、受信機やアンテナの設置場所が有効であるかどうかを簡易に確認することができるという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施の形態が適用されたFSK受信機の構成を示すブロック図である。
【図2】図1のFSK受信機中、出力制御回路の具体的な構成例を示す回路図である。
【図3】この発明の一実施の形態の動作説明に供される波形図であって、
図3Aは、FM検波信号を示す波形図、
図3Bは、FM検波信号の波形整形後のデータと同期クロックが複合された波形図、
図3Cは、データの波形図、
図3Dは、同期クロックの波形図である。
【図4】この発明の一実施の形態の動作説明に供される、より高周波の波形を示す波形図であって、
図4Aは、FM検波信号を示す波形図、
図4Bは、FM検波信号の波形整形後のデータと同期クロックが複合された波形図、
図4Cは、データの波形図、
図4Dは、同期クロックの波形図である。
【図5】この出願人によるFSK受信機の従来技術の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
16…デジタルPLL回路 24…出力制御回路
34…位相比較器 44…同期検出回路
50…ゲート回路 58…LED(報知回路)
CLK…同期クロック DATA…データ
S1…FM検波信号(FM検波された周波数偏移変調信号)
S2…2値信号 S3…同期状態信号
S4…判別信号
Claims (2)
- 同期クロックとデータとが複合された2値信号が供給されて、データと同期クロックとを分離して出力するデジタルPLL回路と、
前記デジタルPLL回路を構成する位相比較器からの出力信号に応じて、同期状態を判別する第1又は第2の2値のレベルをとる判別信号を出力する同期検出回路と、
前記デジタルPLL回路の出力であるデータと同期クロックとが信号入力として供給されるとともに、前記同期検出回路の出力である判別信号が制御入力として供給され、前記判別信号が同期状態を表す前記第1レベルである場合にはゲートを開いて前記データと同期クロックとを出力し、前記判別信号が非同期状態を表す前記第2レベルである場合にはゲートを閉じるゲート回路とを備え、
前記同期検出回路は、前記位相比較器からの出力信号の瞬間的な同期外れに係る短いパルスを除去し、かつ前記瞬間的な同期外れに係る短いパルスより長いパルスは高域分を除去して通過させるローパスフィルタと、前記ローパスフィルタからの所定レベルを超える高域分除去パルスを検出しないときには前記第1レベルの前記判別信号を出力し、前記所定レベルを超える高域分除去パルスを検出したときには一定時間、前記第2レベルの前記判別信号を出力するレベル検出器とを有する
ことを特徴とする同期データ伝送出力制御装置。 - 同期クロックとデータとが複合された2値信号が供給されて、データと同期クロックとを分離して出力するデジタルPLL回路と、
前記デジタルPLL回路を構成する位相比較器からの出力信号に応じて、同期状態を判別する判別信号を出力する同期検出回路と、
前記判別信号が供給され、前記判別信号により同期状態にあると判別した場合には通信可能状態にあることを報知し、非同期状態にあると判別した場合には通信不可状態にあることを報知する報知回路とを備え、
前記同期検出回路は、前記位相比較器からの出力信号の瞬間的な同期外れに係る短いパルスを除去し、かつ前記瞬間的な同期外れに係る短いパルスより長いパルスは高域分を除去して通過させるローパスフィルタと、前記ローパスフィルタからの所定レベルを超える高域分除去パルスを検出しないときには前記同期状態にあるとする前記判別信号を出力し、前記所定レベルを超える高域分除去パルスを検出したときには一定時間、前記非同期状態にあるとする前記判別信号を出力するレベル検出器とを有する
ことを特徴とする受信機。
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JPH11340959A (ja) | 1999-12-10 |
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