JP5224733B2 - 基地局装置およびユーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、広くは移動通信の技術分野に関し、特に、上りリンク共有チャネルで送信される信号の送信電力を精度良く制御する方法と、基地局装置およびユーザ装置の構成に関する。

携帯電話等の移動端末の普及やマルチメディアの拡大に応じて、低遅延のＩＰベースの無線アクセス方式の標準化が進められている。この標準化方式は、Ｅｖｏｌｖｅｄ ＵＴＲＡ（UMTS Terrestrial Radio Access）と呼ばれている。Ｅｖｏｌｖｅｄ ＵＴＲＡの下りリンクでは、高速、大容量化への対応や、広帯域の周波数の効率的な利用の観点から、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式が有望視されている。一方、上りリンクでは、データレートの高速化よりも、より広いカバレッジ（特にセル端のユーザ装置の通信品質の向上）が優先され、ピーク電力対平均電力比（ＰＡＰＲ：Peak-to-Average Power Ratio）の抑制に有利なＳＣ−ＦＤＭＡ（Single-Carrier Frequency Division Multiple Access）が有望である。

基地局における受信電力の変動を抑制してリンク容量を増大するため、ユーザ装置の送信電力を制御して、基地局での受信電力をほぼ一定にする必要がある。従来は、基地局で移動端末の送信電力を制御する場合（クローズドループ）、ユーザごとに専用チャネルが用意されていたので、移動機からのパイロット信号の送信も、その測定結果に基づく送信電力制御用の信号の送信も、ユーザごとに個別のチャネルで行われていた。

しかし、Ｅｖｏｌｖｅｄ ＵＴＲＡでは、複数のユーザで共有されるチャネル構成を採用し、無線状態に応じてユーザごとに周波数リソースを割り当てることで無線リソースの効率利用を向上することが検討されている。したがって、ユーザ装置の送信電力を制御する際にも、複数ユーザ間でのチャネルの共有という特質を考慮する必要がある。また、データチャネルの送信電力だけではなく、上りリンク制御チャネルで送信される制御信号の送信電力も適切に制御する必要がある。

図１は、Ｅｖｏｌｖｅｄ ＵＴＲＡで解決すべき課題、すなわちチャネルの共有に対応した効率的な送信電力制御が必要となる理由を説明する図である。Ｅｖｏｌｖｅｄ ＵＴＲＡでは、ユーザ装置からの割り当て要求（スケジューリング要求）等に応じて、基地局から各ユーザ装置に上りリンク送信許可（ＵＳＧ：Uplink Scheduling Grant）を通知することによって、複数のユーザ装置間の上りリンクデータ送信をスケジューリングしている。この上りリンク送信許可通知（ＵＳＧ）の中には、ＴＰＣビットと呼ばれる送信電力制御情報が含まれている。ユーザ装置は、ＵＳＧによって割り当てられた無線リソースを用いて、上りリンク共有データチャネルでデータを基地局に送信する。このときのユーザ装置の送信電力は、ＵＳＧ中のＴＰＣビットに基づいて、送信すべきトラフィックのデータレートと無線環境に応じた最少の送信電力となるように調整されている。

ユーザ装置はまた、上りリンク共有制御チャネルで、基地局でのスケジューリング用のＣＱＩ報告や、ＡＣＫ／ＮＡＣＫ（受信確認応答）を送信し、或いは上りリンクの周波数領域のスケジューリング，および送信電力制御を行うための受信品質の測定を行うために、サウンディング・レファレンス信号（ＳＲＳ：Sounding Reference Signal）と呼ばれるパイロット信号を送信している。これらの上りリンク情報を、ＣＱＩ報告／ＳＲＳ１２と総称する。

ＣＱＩ報告やＡＣＫ／ＮＡＣＫの送信に用いる上りリンクＬ１／Ｌ２制御チャネルや、ＳＲＳ送信用の無線リソースは、通信の最初，もしくは通信中に上位レイヤのシグナリングにより割り当てられるので、上りリンク送信許可（ＵＳＧ）を伴わない。これはすなわち、ＣＱＩ報告／ＳＲＳ１２の送信電力を制御するために必要な情報ビットを、ＵＳＧにのせて送信することができないことを意味する。

上りリンクデータ送信のない区間、すなわち基地局からＵＳＧが通知されない区間では、電力制御情報（ＴＰＣビット）が供給されない。ユーザ装置は、次に基地局から上りリンク送信許可（ＵＳＧ）が送られてくるまで、最後のＴＰＣビットで制御された送信電力レベルのままＣＱＩ報告／ＳＲＳ１２を送信し続けるしかない。この間に、無線通信環境の変動により実際に要求される送信電力レベルが上がっていると、次のデータ送信の機会にＴＰＣビットが送られてきても、現実の無線通信環境に追従した送信電力の制御を正しく行うことができない。

そこで、本発明は、上りリンクで共有データチャネルを用いる場合であっても、各ユーザ装置に対する送信電力制御を精度よく行うことのできる送信電力制御方法を提供することを課題とする。

また、そのような送信電力制御を行う基地局構成と、ユーザ装置の構成を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、共有チャネルを用いる無線通信システムにおいて、ユーザ装置に対する上りリンク割当通知（ＵＳＧ）に含まれる送信電力制御情報と独立した送信電力制御情報（ＴＰＣビット）を所定の無線リソースを用いて基地局から送信する。

具体的には、第１の側面では、共有チャネルを用いた無線通信システムで用いられる基地局装置の構成を提供する。基地局装置は、
（ａ）ユーザ装置の送信電力制御情報を生成する送信電力制御情報生成部と、
（ｂ）前記生成された送信電力制御情報を、前記ユーザ装置に対する上りリンク無線リソースの割り当てがある場合は、上りリンク割当通知とともに送信し、前記上りリンク割当通知に含まれる送信電力制御情報と独立した送信電力制御情報として送信するように無線リソース割り当てる情報を出力する無線リソース制御部と、
を有し、
前記送信電力制御情報生成部は、複数のユーザ装置に対する前記独立した送信電力制御情報を一括又は個別に符号化して同一の制御チャネルエレメント内に多重する。

良好な構成例では、前記無線リソース制御部は、前記独立した送信電力制御情報に割り当てる無線リソースを、所定の無線リソースと１対１対応で対応付けた対応関係情報に基づいて決定する、
前記対応関係情報は、たとえば、前記上りリンク信号の伝送に用いられた無線リソースと、当該ユーザ装置に対する独立した送信電力制御情報の送信に用いられる無線リソースとの対応付けである。あるいは、前記ユーザ装置に対して最後に送信した前記上りリンク割当通知の伝送に用いた無線リソースと、当該ユーザに対する独立した送信電力制御情報の送信に用いられる無線リソースとの対応付けであってもよい。

第２の側面では、共有チャネルを用いた無線通信システムで用いられるユーザ装置の構成を提供する。ユーザ装置は、
（ａ）基地局から前記ユーザ装置に送信される独立した送信電力制御情報を復調するタイミングを、あらかじめ定められた無線リソースの対応関係に基づいて生成するタイミング生成部と、
（ｂ）前記生成されたタイミングで、受信信号から、前記独立した送信電力制御情報を抽出して復調する復調部と、
（ｃ）前記復調結果に基づいて、前記ユーザ装置の送信電力を調整する送信電力調整部とを有し、
前記復調部は、前記生成されたタイミングにおいて、前記受信信号中に、前記ユーザ装置に対する上りリンク割当通知が含まれる場合は、当該上りリンク割当通知に含まれる送信電力制御情報を復調する。

良好な構成例では、前記送信電力制御情報復調部は、前記受信信号中に、前記ユーザ装置に対する上りリンク割当通知が含まれる場合は、当該上りリンク割当通知に含まれる送信電力制御情報を復調する。

第３の側面では、共有チャネルを用いた無線通信システムにおける送信電力制御方法を提供する。この方法は、
（ａ）ユーザ装置から送信される上りリンク信号に基づいて、前記ユーザ装置の送信電力制御情報を生成するステップと、
（ｂ）前記送信電力制御情報を、前記ユーザ装置に対する上りリンク無線リソースの割り当てがある場合は、上りリンク割当通知とともに送信し、前記上りリンク割当通知に含まれる送信電力制御情報と独立した送信電力制御情報として送信するステップと、
（ｃ）複数のユーザ装置に対する前記独立した送信電力制御情報を一括又は個別に符号化して同一の制御チャネルエレメント内に多重するステップと
を含む。

上記の構成および方法によれば、複数ユーザでチャネルを共有する場合であっても、ユーザ装置ごとの送信電力を一定程度の精度で制御することができる。

以下で、本発明の良好な実施形態について、図面を参照して説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る送信電力制御を示す概略図である。本発明では、上りリンク送信許可（ＵＳＧ）内に含まれるＴＰＣビットとは別に、独立したＴＰＣビット１５を併用する。この情報ビットを、ＵＳＧに含まれるＴＰＣビットと区別する意味で、「独立ＴＰＣビット１５」と称する。

図２の例では、ユーザ装置に対する上りリンク無線リソースの割り当てがある場合、すなわちユーザ装置からのデータチャネル割当要求（スケジューリング要求）がある場合は、基地局が送信する上りリンク送信許可（ＵＳＧ）にＴＰＣビットを含ませて、ユーザ装置の送信電力を細かく制御する。これにより、ユーザ装置で生成されるデータチャネルとＣＱＩ報告／ＳＲＳ１２は、適切な電力レベルで送信される。データチャネルの送信が完了した後も、ユーザ装置は、上りリンク制御チャネルやその他の上り無線リソースで、ＣＱＩ報告／ＳＲＳ１２を送信する。送信すべきユーザデータがない状態が続くと、上位レイヤの指示により、ＣＱＩ報告／ＳＲＳ１２の送信間隔が広く設定されてもよい。

基地局は、ユーザ装置からのスケジューリング要求がない場合でも、独立ＴＰＣビット１５を下りリンク制御チャネル（たとえばＬ１／Ｌ２制御チャネル）で送信する。ユーザ装置は、独立ＴＰＣビット１５の値に応じて送信電力を調整する。したがって、一定程度の送信電力制御が保障された状態で、ＣＱＩ報告／ＳＲＳ１２を基地局に送信することができる。

さらに、次にデータチャネルを送信するときに、直前の独立ＴＰＣビット１５により送信電力がある程度無線環境に応じたレベルに調整されているので、上りリンク送信許可（ＵＳＧ）に含まれるＴＰＣビットに基づいて、要求される送信電力レベルに迅速に収束することができる。

なお、独立ＴＰＣビット１５は一定間隔で送信されるが、状況に応じて、送信周期を可変にする構成を採用してもよい。

図３は、実施形態の送信電力制御方法の効果を、図１の方法と比較して示す図である。図３（ａ）、図３（ｂ）ともに、時間の経過に応じたユーザ装置での送信電力の推移をグラフで示している。図３（ａ）の実施形態の方法では、ユーザ装置からのデータチャネルの送信が開始される前も、基地局からＵＳＧとは別途独立したＴＰＣビットＸ１が送信されており、無線環境の劣化等の要因に応じて、送信電力レベルを上げるように指示されている。この状態で、基地局からユーザ装置に上り送信許可（ＵＳＧ）が送信されてくると、ＵＳＧに含まれるＴＰＣビットｘにより、細かい電力制御に移行する。この制御はデータチャネルを送信する間、継続する。

データ送信が完了した後も、独立ＴＰＣビットＸ２，Ｘ３によりユーザ装置の送信電力レベルは、ある程度、無線環境に追従して調整される。したがって、基地局におけるＣＱＩ報告／ＳＲＳの受信変動を抑制することができる。また、次にユーザ装置からデータチャネルを送信する場合にも、要求される送信電力レベルに収束し易くなる。

これに対して、図３（ｂ）では、いったんＵＳＧで許可されたデータチャネルの送信が終わると、次にデータチャネルの送信があるまで、基地局からのＴＰＣビットの送信はなくなる。この場合、破線で示すように無線環境の劣化等に応じて実際に要求される送信電力レベルが上がっていたとしても、ユーザ装置の送信電力は、前回のＵＳＧにて最後に通知されたＴＰＣビットで設定された状態のままである。次にデータチャネルを送信する必要が生じたときに、ＵＳＧに含まれるＴＰＣビットだけでは、現実に要求される送信レベルに即座に追従することが困難である。

このように、実施形態では独立ＴＰＣビットをＵＳＧと併用することで、そのユーザにおけるデータの割り当てが存在しない場合においても，送信電力制御を精度良く行うことができる。

図４は、独立ＴＰＣビットの多重例を示す図である。実施形態では、図４（ａ）に示すように、上りリンク送信許可（ＵＳＧ）用に割り当てられていたリソースの一部を、独立ＴＰＣビットの送信用に利用する。たとえば、従来、ＵＳＧ送信用に４つの制御チャネルエレメント（ＣＣＥ：Control Channel Element）が確保されていたとすると、その中のひとつを独立ＴＰＣビット送信に割り当てて、同じＣＣＥ内に複数ユーザ分の独立ＴＰＣビットを多重する。ここで、制御チャネルエレメント（ＣＣＥ）とは、Ｘ個のシンボル（リソースエレメント）の塊をいう。

独立ＴＰＣビットの多重は、ＣＤＭ方式でもＦＤＭ方式でもよい。複数ユーザのための独立ＴＰＣビットの符号化は、一括符号化（joint coding）でも個別符号化（separate coding）でもよいが、他の制御情報（ＵＳＧ等）とは独立に符号化する。なお、図４（ａ）は、下りリンク送信許可（ＤＳＧ：Downlink Scheduling Grant）に割り当てられたＣＣＥも図示している。

図４（ｂ）は、サブフレームへの多重例を示す。この図は、セル固有のインタリーブを施した後、物理チャネルにマッピングした状態である。「参照信号」として図示される独立制御ビットは、他の下りリンクＬ１／Ｌ２制御チャネルと同様に、サブフレームの先頭から数個（たとえば３個）のＯＦＤＭシンボル内に多重される。

独立ＴＰＣビットへの無線リソース割り当てに関しては、あらかじめ使用する無線リソースの割り当てを決めておくことにより、ユーザＩＤ情報を省略して、伝送する情報ビットの数を低減することができる。このような独立ＴＰＣビットの無線リソース割り当て例を図５および図６に示す。

図５は、独立ＴＰＣビットの無線リソース割り当ての第１の例を示す。この例では、上りリンクのＳＲＳ送信チャネル、またはＣＱＩ報告やスケジューリング要求送信用の制御チャネルの無線リソースと１対１対応で、下りリンクＴＰＣビットの無線リソースを決めておく。このように対応付けておくことで、独立ＴＰＣビットが伝送される下り無線リソースが一義的に決まり、ユーザ装置ごとに独立ＴＰＣビットをどこで送るかの情報が不要になる。対応関係は、基地局とユーザ装置間で共通に認識しており、ユーザ装置において適切なタイミングで独立ＴＰＣビットを復調することができる。なお、上りリンク制御信号用の無線リソースと、下りリンク独立ＴＰＣビット用の無線リソースとの対応関係は、上位レイヤでユーザ装置に通知してもよいし、あらかじめユーザ装置にテーブル等を格納させておいてもよい。

図６は、独立ＴＰＣビットの無線リソース割り当ての第２の例を示す。この例では、最後に送信した上りリンク送信許可（ＵＳＧ）の無線リソースと、独立ＴＰＣビットに割り当てられる無線リソースを対応付ける。具体的には、最後に送信したＵＳＧの伝送に用いた無線リソースで、この最後のＵＳＧの送信から周期的に、独立ＴＰＣビットを送信する。ユーザ装置は、この周期をあらかじめ認識しており、次に独立ＴＰＣビットが送られてくるタイミングを知ることができる。

図７は、実施形態で用いられる基地局装置２０の構成例である。基地局装置２０は、下りリンクで各ユーザ装置に送信されるユーザデータ１、２、…Ｎを格納するバッファ２１−１〜２１−Ｎと、上りリンクで受信した信号を復調する上りリンク受信信号復調部２６と、無線リソース制御部２２と、制御チャネル生成部２３と、ＴＰＣビットビット生成部２４と、多重部２５を有する。

上りリンク受信信号復調部２６は、各ユーザ装置から送信されてくる各種チャネルを抽出して復調する。たとえば、上りリンクＬ１／Ｌ２制御チャネルで送信されるＣＱＩ報告や上りリンクスケジューリング要求、移動速度（最大ドップラ周波数）、ＡＣＫ／ＮＡＣＫ等の情報や、その他の上りリンク無線リソースで送信されてくるサウンディング・レファレンス信号（ＳＲＳ）等を抽出して復調する。復調された情報は、無線リソース制御部１２と、ＴＰＣビット生成部２４に入力される。

ＴＰＣビット生成部１４は、各ユーザ装置からのＣＱＩ報告及び／又はＳＲＳの測定結果に基づいて、対応するユーザ装置のためのＴＰＣビットを生成する。このＴＰＣビットは、上りリンク送信許可（ＵＳＧ）の送信の機会を利用して送信されるＴＰＣビットと、独立ＴＰＣビットの双方を含む。生成されたＴＰＣビットは、制御チャネル生成部２３に供給される。

無線リソース制御部２２は、ユーザデータの送信スケジューリングとともに、上り送信許可（ＵＳＧ）や独立ＴＰＣビットの送信をスケジューリングする。無線リソース制御部２２は、ユーザ装置に対する上りリンク無線リソースの割り当てがある場合、すなわち、上り送信許可（ＵＳＧ）を送信する場合は、ＴＰＣビット生成部１４で生成されたＴＰＣビットをＵＳＧとともに送信するように、下りリンク無線リソースを割り当てる。ＵＳＧの送信がない場合は、ＴＰＣビットを独立ＴＰＣビットとして送信するように、下りリンク無線リソースを割り当てる。

独立ＴＰＣビットに対する下りリンク無線リソースの割り当ては、例えば図５に示すように、ユーザ装置に割り当てられた上りリンクＬ１／Ｌ２制御チャネルの無線リソースと１対１対応で対応付けられた下りリンク無線リソースを用いて行うことができる。あるいは、図６に示すように、このユーザ装置に対して最後に送信したＵＳＧの無線リソースと関連付けて、その最後のＵＳＧから一定周期で割り当てる。無線リソース制御部２２は、この独立ＴＰＣビット用の無線リソースの対応関係を、テーブル等（不図示）によりあらかじめ保有している。無線リソース制御部２２によって決定された無線リソースの割り当て情報（スケジューリング情報）は、制御チャネル生成部２３に供給される。

制御チャネル生成部２３は、無線リソース制御部２２から供給される割り当て情報（上りリンク割り当て情報と下りリンク割り当て情報の双方を含む）と、ＴＰＣビットビット生成部２４から供給されるＴＰＣビットに基づいて、下りリンク制御チャネルを生成する。ここで生成される制御チャネルは、たとえば、図４（ａ）に示す制御チャネルである。生成された制御チャネルは、図示しないチャネル符号化部および変調部により、チャネル符号化とデータ変調を受ける。

多重部２５は、制御チャネル生成部２３により生成された（チャネル符号化および変調された）制御チャネルと、各ユーザ宛てのデータチャネルを物理チャネルに多重（マッピング）する。なお、無線リソース制御部２２の割り当て情報に基づいて、各ユーザ装置宛てのユーザデータ１〜Ｎからデータチャネルが生成され、チャネル符号化およびデータ変調が施されているものとする。多重部２５によって多重化された信号は、たとえば、図４（ｂ）のマッピングパターンを有する。

多重化された信号は、逆高速フーリエ変換、ガードインターバルの付与、Ｄ／Ａ変換、ＲＦ変換、帯域制限等の処理を受け、増幅されて、送信アンテナ（不図示）から送信される。

図８は、実施形態で用いられるユーザ装置３０の構成例を示す図である。ユーザ装置３０は、ＴＰＣタイミング生成部３１と、ＴＰＣビット復調部３２と、チャネル生成部３３と、データ変調部３４と、送信電力調整部３５を有する。

ＴＰＣタイミング生成部３１は、独立ＴＰＣビットに割り当てられるリソースを何らかのリソースと対応付けたＴＰＣビット対応関係情報３１Ａを有する。ＴＰＣビット対応関係情報３１Ａは、図５に示すように、通信の最初にユーザ装置３０に割り当てられたＳＲＳ送信用の無線リソースとの一義的な対応関係でもよいし、図６に示すように、最後に受信した上りリンク送信許可（ＵＳＧ）の無線リソースと対応付けて、その受信タイミングから周期的に割り当てられる関係であってもよい。

ＴＰＣビット復調部３２は、ＴＰＣビットタイミング生成部３１によって特定された無線リソースおよび受信タイミングに基づいて、受信信号から独立ＴＰＣビットを抽出して復調する。なお、受信信号から上りリンク送信許可（ＵＳＧ）を復調し、そこに含まれるＴＰＣビットを用いる場合は、ＴＰＣタイミング生成部３１からの情報は不要である。復調されたＴＰＣビットは、送信電力調整部３５に供給される。送信電力調整部３５は、ＴＰＣビットに基づいてユーザ装置３０の送信電力レベルを調整する。

一方、チャネル生成部３３は、上りリンク送信許可（ＵＳＧ）で割り当てられた上りリンク無線リソースを用いてデータチャネルや、ＣＱＩ報告やその他の制御情報を伝送する上りリンク制御チャネルや、サウンディング・レファレンス信号（ＳＲＳ）を送信するためのチャネル等を生成する。データ変調部３４は、チャネル生成部３３で生成された各チャネルを変調する。変調された各チャネルは図示しない多重部で物理チャネルにマッピングされ、送信電力調整部３５により設定された送信電力で、基地局に送信される。

以上述べたように、実施形態の構成および方法によれば、ユーザ装置から基地局に送信すべきデータチャネルがない場合でも、基地局からユーザ装置に対して独立ＴＰＣビットが送られるので、一定程度の上りリンク送信電力制御が担保される。

複数ユーザ装置が共有チャネルで基地局と通信を行う場合の、最も単純な上りリンク送信電力制御を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る上りリンク送信電力制御を説明するための図である。 本発明の実施形態による上りリンク送信電力制御の効果を、図１の方法と比較して示す図である。 本発明の実施形態で用いられる独立ＴＰＣビットの多重例を示す図であり、図４（ａ）は制御チャネルエレメント（ＣＣＥ）への多重例、図４（ｂ）はサブフレームへの多重例を示す。 独立ＴＰＣビットへの無線リソースの割り当て方法１の図である。 独立ＴＰＣビットへの無線リソースの割り当て方法２の図である。 本発明の実施形態に係る基地局装置の構成例である。 本発明の実施形態に係るユーザ装置の構成例である。

符号の説明

１２ ＣＱＩ報告／ＳＲＳ（上りリンク信号）
１５ 独立ＴＰＣビット（独立した送信電力制御情報）
２０ 基地局装置
２１ バッファ
２２ 無線リソース制御部
２３ 制御チャネル生成部
２４ ＴＰＣビット生成部（送信電力制御情報生成部）
２６ 上りリンク受信信号復調部
３０ ユーザ装置
３１ ＴＰＣタイミング生成部
３２ ＴＰＣビット復調部
３３ チャネル生成部
３４ データ変調部
３５ 送信電力調整部

Claims (2)

1. 共有チャネルを用いた無線通信システムで用いられる基地局装置であって、
   ユーザ装置の送信電力制御情報を生成する送信電力制御情報生成部と、
   前記生成された送信電力制御情報を、前記ユーザ装置に対する上りリンク無線リソースの割り当てがある場合は、上りリンク割当通知とともに送信し、前記上りリンク割当通知に含まれる送信電力制御情報と独立した送信電力制御情報として送信するように無線リソース割り当てる情報を出力する無線リソース制御部と、
   を有し、
   前記送信電力制御情報生成部は、複数のユーザ装置に対する前記独立した送信電力制御情報を一括又は個別に符号化して同一の制御チャネルエレメント内に多重する
   ことを特徴とする基地局装置。
2. 共有チャネルを用いた無線通信システムで用いられるユーザ装置であって、
   基地局から前記ユーザ装置に送信される独立した送信電力制御情報を復調するタイミングを、あらかじめ定められた無線リソースの対応関係に基づいて生成するタイミング生成部と、
   前記生成されたタイミングで、受信信号から、前記独立した送信電力制御情報を抽出して復調する復調部と、
   前記復調結果に基づいて、前記ユーザ装置の送信電力を調整する送信電力調整部と、
   を有し、
   前記復調部は、前記生成されたタイミングにおいて、前記受信信号中に、前記ユーザ装置に対する上りリンク割当通知が含まれる場合は、当該上りリンク割当通知に含まれる送信電力制御情報を復調することを特徴とするユーザ装置。

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