JP5231645B2 - ビームフォーミングベクトル生成方法およびビームフォーミングベクトル生成情報提供方法 - Google Patents

Description

本発明は、ビームフォーミングベクトルを生成する方法に関する。

ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ Ｏｕｔｐｕｔ）通信システムは、多重入出力が可能なアンテナシステムであって、基地局と端末のアンテナを２つ以上に増やしてデータを多様な経路に伝送し、受信端でそれぞれの経路で受信された信号を検出して干渉を減少させ、それぞれの伝送速度を低めることができる技術である。

多重アンテナを使用する端末は、ビームフォーミングベクトルを用いてデータの伝送方向を制御することができる。しかしながら、このようなビームフォーミングベクトルは、隣接セル干渉を起こすことがあり、隣接セル干渉を考慮したビームフォーミングベクトルの生成方法が要求される。

背景技術に記載された事項は、単に本発明の背景に関する理解を助けるためのものであり、当業者に公知の従来の技術と関係のない情報を含むこともある。

Ｅｄｗａｒｄ Ａ． Ｊｏｒｓｗｉｅｃｋ， ｅｔ ａｌ．， Ｃｏｍｐｌｅｔｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐａｒｅｔｏ Ｂｏｕｎｄａｒｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ＭＩＳＯ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｃｈａｎｎｅｌ， ＩＣＡＳＳＰ２００８

本発明が目的とする技術的課題は、隣接セル干渉を考慮したビームフォーミングベクトル生成方法およびビームフォーミングベクトル生成情報提供方法を提供することにある。

本発明の一実施形態にかかる、端末がビームフォーミングベクトルを生成する方法は、サービング基地局から第１事前コーディング行列および第２事前コーディング行列に対する情報を受信する段階；および前記第１事前コーディング行列および前記第２事前コーディング行列を線形結合してビームフォーミングベクトルを生成する段階を含み、前記第１事前コーディング行列は、前記端末から前記サービング基地局への伝送電力を最大にする事前コーディング行列であり、前記第２事前コーディング行列は、前記端末から隣接基地局への干渉電力を最小にする事前コーディング行列である。

本発明の一実施形態にかかる、サービング基地局から端末にビームフォーミングベクトル生成情報を提供する方法は、前記端末に事前コーディング行列の結合を指示する段階；および前記端末から第１事前コーディング行列および第２事前コーディング行列に対する情報を前記端末に伝送する段階を含み、前記第１事前コーディング行列は、前記端末から前記サービング基地局への伝送電力を最大にする事前コーディング行列であり、前記第２事前コーディング行列は、前記端末から隣接基地局への干渉電力を最小にする事前コーディング行列である。

本発明の一実施形態にかかる、端末がビームフォーミングベクトルを生成する方法は、第１事前コーディング行列および第２事前コーディング行列を選択する段階；および前記第１事前コーディング行列および前記第２事前コーディング行列を線形結合してビームフォーミングベクトルを生成する段階を含み、前記第１事前コーディング行列は、前記端末とサービング基地局との間のチャンネルに対するＳＩＮＲを最大にする事前コーディング行列であり、前記第２事前コーディング行列は、前記端末と隣接基地局との間のチャンネルに対するナリングのための事前コーディング行列である。

本発明の実施形態によれば、隣接セル干渉を考慮したビームフォーミングベクトル生成方法およびビームフォーミングベクトル生成情報提供方法を提供することができる。

本発明の一実施形態にかかる通信システムを概念的に示した図面である。 本発明の一実施形態にかかるビームフォーミングベクトル決定方法を示したフローチャートである。 本発明の一実施形態にかかる端末１００を概念的に示した図面である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳しく説明する。しかしながら、本発明は多様な異なる形態で具現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。そして、図面において、本発明を明確に説明するために、説明上不要な部分は省略し、明細書全体を通して類似する部分については類似する図面符号を付した。

明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含むことを意味する。

次に、本発明の実施形態にかかるビームフォーミングベクトル生成方法およびビームフォーミングベクトル生成情報提供方法について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態にかかる通信システムを概念的に示した図面であり、図２は、本発明の一実施形態にかかるビームフォーミングベクトル生成方法を示したフローチャートである。

図１および図２を参照すれば、本発明の一実施形態にかかる通信システムは、端末１００、サービング基地局２００および複数の隣接基地局３００_１、３００_２、…、３００_ｎを含む。

サービング基地局２００は、端末１００から受信された信号に基づいてチャンネル測定を行い、チャンネル測定に基づいて端末１００が事前コーディング行列インデックス結合（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ ｉｎｄｅｘ（ＰＭＩ）ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ、以下、「ＰＭＩ結合」という）を行う必要があるか否か判断する（Ｓ２０１）。

ここで、ＰＭＩ結合は、端末１００がコードブック（｛Ｗ_ｊ｝）に含まれている複数の事前コーディング行列（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ）のうちの一部を結合してビームフォーミングベクトルを生成することをいう。

サービング基地局２００は、ＰＭＩ結合を行う必要があるかを判断するために干渉量を使用することができる。つまり、サービング基地局２００は、干渉量が予め設定されている基準値以上である場合、端末１００による干渉の影響が大きいと把握し、ＰＭＩ結合を行う必要があると判断する。

このような干渉量として熱雑音に対する干渉量（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｏｖｅｒ ｔｈｅｒｍａｌ、ＩｏＴ）、信号対干渉雑音比率（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌｕｓ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ、ＳＩＮＲ）、キャリア対雑音比率（Ｃａｒｒｉｅｒ ｔｏ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｒａｔｉｏ、ＣＩＮＲ）などが使用され得る。

ＰＭＩ結合を行う必要があると判断した場合、サービング基地局２００はＰＭＩ結合の遂行を示すメッセージを端末１００に伝送する（Ｓ２０２）。このようなメッセージとしては、マップ（ＭＡＰ）管理（ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）メッセージが使用され得る。

メッセージを受信した端末１００は、複数の隣接基地局３００_１、３００_２、…、３００_ｎのうち、端末１００による最大干渉を受ける隣接基地局を把握する。

端末１００による最大干渉を受ける隣接基地局は、多様な方式で把握され得、例えば、受信信号強度（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ、ＲＳＳＩ）を用いて数式１のような方式で把握され得る。

数式１中、ｐは、隣接基地局３００_１、３００_２、…、３００_ｎのインデックスであり、ｑは、サービング基地局２００のインデックスであり、ｉは、端末１００のインデックスである。ＲＳＳＩ_ｐ、ｉは、インデックスがｐである隣接基地局からインデックスがｉである端末への受信信号強度を示し、ＲＳＳＩ_ｑ、ｉはインデックスがｑであるサービング基地局からインデックスがｉである端末への受信信号強度を示し、数式１によりＲＳＳＩ_ｐ、ｉからＲＳＳＩ_ｑ、ｉを引いた値が最大になる隣接基地局を端末１００は端末１００により最大干渉を受ける隣接基地局３００_Ｐと把握する。

その後、端末１００は、数式１により把握された最大干渉を受ける隣接基地局３００_ＰのインデックスＰに対応する情報をサービング基地局２００に伝送し（Ｓ２０３）、サービング基地局２００は、隣接基地局３００_Ｐに隣接基地局３００_Ｐが端末１００により最大干渉を受ける隣接基地局であることを示すメッセージを伝送する（Ｓ２０４）。

その後、サービング基地局２００は、端末１００から受信した信号、例えば、サウンディング信号（ｓｏｕｎｄｉｎｇ ｓｉｇｎａｌ）を用いて端末１００とサービング基地局２００との間のチャンネル（Ｈ_Ｓ）を測定し、数式２を用いて端末１００からサービング基地局２００への伝送電力を最大にする事前コーディング行列インデックス（ＰＭＩ_Ｍａｘ）を選択する（Ｓ２０５）。端末１００とサービング基地局２００との間のチャンネルに対するＳＩＮＲを最大化するための行列が端末１００からサービング基地局２００への伝送電力を最大にする行列の一例になり得る。

このために、サービング基地局２００は、コードブック（｛Ｗ_ｊ｝）に含まれている複数の事前コーディング行列のうちで、端末１００とサービング基地局２００との間のチャンネル行列（Ｈ_Ｓ）との積（Ｗ_ｊ・Ｈ_Ｓ）の大きさを最大にする事前コーディング行列に対するインデックスをＰＭＩ_Ｍａｘとして選択する。この場合、Ｗ_ｊ・Ｈ_Ｓ行列の大きさを数式２のようにＷ_ｊ・Ｈ_Ｓ行列のノルマ（ｎｏｒｍ）の二乗で計算することができる。

数式２中、Ｗ_ｊは、コードブック｛Ｗ_ｊ｝に含まれている複数の事前コーディング行列のそれぞれを意味する。

一方、数式１に基いて端末１００により最大干渉を受ける隣接基地局として決定された隣接基地局３００_Ｐは、端末１００から受信した信号、例えば、サウンディング信号を用いて端末１００と隣接基地局３００_Ｐとの間のチャンネル（Ｈ_Ｉ）を測定し、数式３を用いて端末１００から隣接基地局３００_Ｐへの干渉の影響を最小にする事前コーディング行列インデックス（ＰＭＩ_Ｍｉｎ）を選択する（Ｓ２０６）。端末１００と隣接基地局３００_Ｐとの間のチャンネルに対するナリング（ｎｕｌｌｉｎｇ）のための行列を用いて端末１００から隣接基地局３００_Ｐへの干渉の影響を最小にする事前コーディング行列の一例になり得る。

このために、隣接基地局３００_Ｐは、コードブック（｛Ｗ_ｊ｝）に含まれている複数の事前コーディング行列のうちで、端末１００と隣接基地局３００_Ｐとの間のチャンネル行列（Ｈ_Ｉ）との積（Ｗ_ｊ・Ｈ_Ｉ）の大きさを最小にする事前コーディング行列に対するインデックスをＰＭＩ_Ｍｉｎとして選択する。この場合、Ｗ_ｊ・Ｈ_Ｉ行列の大きさを数式３のようにＷ_ｊ・Ｈ_Ｉ行列のノルマ（ｎｏｒｍ）の二乗で計算することができる。

隣接基地局３００_Ｐは、数式３を用いてコードブック（｛Ｗ_ｊ｝）に含まれている複数の事前コーディング行列のうちで、端末１００から隣接基地局３００_Ｐへのチャンネル行列（Ｈ_Ｉ）との積が最小になる事前コーディング行列インデックス（ＰＭＩ_Ｍｉｎ）を選択する。

その後、隣接基地局３００_Ｐは、選択されたＰＭＩ_Ｍｉｎをサービング基地局２００に伝送し（Ｓ２０７）、ＰＭＩ_Ｍｉｎを受信したサービング基地局２００はＰＭＩ_ＭａｘおよびＰＭＩ_Ｍｉｎを端末１００に伝送する（Ｓ２０８）。

ＰＭＩ_ＭａｘおよびＰＭＩ_Ｍｉｎを受信した端末１００は、数式４を用いてＰＭＩ_ＭａｘおよびＰＭＩ_Ｍｉｎにそれぞれ対応する事前コーディング行列を線形結合してビームフォーミングベクトル（Ｗ ）を生成する（Ｓ２０９）。

前記数式４中、αは、ＰＭＩ_Ｍａｘに対する事前コーディング行列である

とＰＭＩ_Ｍｉｎに対する事前コーディング行列である

との結合比率を示す係数であって、インデックスがＰである隣接基地局からインデックスがｉである端末への受信信号強度（ＲＳＳＩ_Ｐ、ｉ）でインデックスがｑであるサービング基地局からインデックスがｉである端末への受信信号強度（ＲＳＳＩ_ｑ、ｉ）を引いた値が属する範囲に基づき、数式５のように決定される。

数式５中、Ｔ１、Ｔ２、Ｋ１、Ｋ２およびＫ３は、実験により予め決定されている値である。

数式５を参照すれば、端末１００がサービング基地局２００の中央部分に位置し、インデックスがＰである隣接基地局からインデックスがｉである端末への受信信号強度（ＲＳＳＩ_Ｐ、ｉ）でインデックスがｑであるサービング基地局からインデックスがｉである端末への受信信号強度（ＲＳＳＩ_ｑ、ｉ）を引いた値がＴ１よりも小さい場合、結合比率αは、Ｋ１である。

反面、端末１００がサービング基地局２００と隣接基地局３００_Ｐとの境界部分に位置し、インデックスがＰである隣接基地局からインデックスがｉである端末への受信信号強度（ＲＳＳＩ_Ｐ、ｉ）でインデックスがｑであるサービング基地局からインデックスがｉである端末への受信信号強度（ＲＳＳＩ_ｑ、ｉ）を引いた値がＴ２よりも大きい場合、結合比率αは、Ｋ３である。

また、インデックスがＰである隣接基地局からインデックスがｉである端末への受信信号強度（ＲＳＳＩ_Ｐ、ｉ）でインデックスがｑであるサービング基地局からインデックスがｉである端末への受信信号強度（ＲＳＳＩ_ｑ、ｉ）を引いた値がＴ１よりも大きいか同一であり、Ｔ２よりも小さい場合、結合比率αは、Ｋ２である。

図３は、本発明の一実施形態にかかる端末１００を概念的に示した図面である。図３を参照すれば、本発明の一実施形態にかかる端末１００は、変調器１１０、ビームフォーミングベクトル生成器１２０、乗算器１３０および複数のアンテナ１４０_１、１４０_２、…、１４０_ｎを含む。

変調器１１０は、入力されたデータを変調してシンボルを出力する。

ビームフォーミングベクトル生成器１２０は、複数の隣接基地局３００_１、３００_２、…、３００_ｎのうち、端末１００による最大干渉を受ける隣接基地局を数式１を用いて把握し、把握された隣接基地局３００_Ｐをサービング基地局２００に伝送する。

また、サービング基地局２００から受信したＰＭＩ_ＭａｘおよびＰＭＩ_Ｍｉｎに基づき、数式４および数式５を用いてビームフォーミングベクトルを生成する。

乗算器１３０は、変調器１１０から出力されたシンボルにビームフォーミングベクトル生成器１２０で生成されたビームフォーミングベクトルを適用して複数のアンテナ１４０_１、１４０_２、…、１４０_ｎを通じて送信する。

以上の本発明の一実施形態では、端末１００がサービング基地局２００からＰＭＩ_ＭａｘとＰＭＩ_Ｍｉｎを受信することと説明したが、端末１００がＰＭＩ_ＭａｘとＰＭＩ_Ｍｉｎを直接選択することもできる。つまり、端末は、端末１００とサービング基地局２００との間のチャンネルに対するＳＩＮＲを最大化するための事前コーディング行列のインデックスをＰＭＩ_Ｍａｘと選択し、端末１００と隣接基地局との間のチャンネルに対するナリング（ｎｕｌｌｉｎｇ）のための事前コーディング行列のインデックスをＰＭＩ_Ｍｉｎと選択することができる。

また、数式４および５では、受信信号強度に応じて二つの事前コーディング行列の結合比率を決定することと説明したが、これとは異なって干渉量、例えば、ＩｏＴレベルに応じて結合比率を決定することもできる。例えば、隣接基地局のＩｏＴレベルが高い場合、言い換えれば隣接基地局に影響を多く与える場合、ナリングのための行列の比率を高め、ＩｏＴレベルが低い場合、端末１００とサービング基地局２００との間のチャンネルに対するＳＩＮＲを最大化するための行列の比率を高める。

他の実施形態によれば、端末１００は、干渉量、例えば、ＩｏＴレベルに基づいてビームフォーミングベクトルを生成することができる。

隣接基地局３００_１、３００_２、…、３００_ｎは、サービング基地局２００で副チャンネルを割り当てる方式に応じて副チャンネル別に、または任意の圏域別にＩｏＴレベルを測定し、サービング基地局２００にＩｏＴレベルが高い副チャンネルインデックス、または圏域インデックスを伝送する。

その後、サービング基地局２００は、隣接基地局３００_１、３００_２、…、３００_ｎから受けたＩｏＴレベルが高い副チャンネルインデックス、または圏域インデックスを使用する端末にＩｏＴレベルが高いというメッセージを伝送する。

ＩｏＴレベルが高い副チャンネル、または圏域を使用する端末は、現在のフレームに適したビームフォーミングベクトルを生成する時、以前のフレームで使用したビームフォーミングベクトルを除外させる。

以上で説明した本発明の実施形態は装置および方法のみを通じて実現されるのではなく、本発明の実施形態の構成に対応する機能を実現するプログラムまたはそのプログラムが記録された記録媒体を通じて実現されることもあり、このような実現は以上で説明した実施形態の記載から本発明が属する技術分野の専門家であれば、容易に実現することができるものである。

以上で本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるのではなく、次の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。

Claims (14)

1. 端末がビームフォーミングベクトルを生成する方法において、
   サービング基地局から第１事前コーディング行列に対する情報および第２事前コーディング行列に対する情報を受信する段階；および
   前記第１事前コーディング行列および前記第２事前コーディング行列を結合してビームフォーミングベクトルを生成する段階を含み、
   前記第１事前コーディング行列は、前記サービング基地局への伝送電力を最大にする事前コーディング行列であり、前記第２事前コーディング行列は、隣接基地局への干渉を最小にする事前コーディング行列である、
   ビームフォーミングベクトル生成方法。
2. 前記第１事前コーディング行列は、コードブックに含まれている複数の事前コーディング行列のうちで、前記端末と前記サービング基地局との間のチャンネル行列の積のノルム（ｎｏｒｍ）が最大になる事前コーディング行列である、
   請求項１に記載のビームフォーミングベクトル生成方法。
3. 前記第２事前コーディング行列は、コードブックに含まれている複数の事前コーディング行列のうちで、前記端末と前記隣接基地局との間のチャンネル行列の積のノルム（ｎｏｒｍ）が最小になる行列である、
   請求項１に記載のビームフォーミングベクトル生成方法。
4. 前記第２事前コーディング行列に対する情報は、前記隣接基地局から前記サービング基地局に提供される、
   請求項１に記載のビームフォーミングベクトル生成方法。
5. 前記第１事前コーディング行列に対する情報および前記第２事前コーディング行列に対する情報はそれぞれ、
   複数の事前コーディング行列を含むコードブックでの前記第１事前コーディング行列のインデックスおよび前記第２事前コーディング行列のインデックスである、
   請求項１に記載のビームフォーミングベクトル生成方法。
6. サービング基地局から端末にビームフォーミングベクトル生成情報を提供する方法において、
   前記端末に第１事前コーディング行列に対する情報を伝送する段階；および
   前記端末に、第２事前コーディング行列に対する情報を伝送する段階を含み、
   前記第１および第２事前コーディング行列が結合されてビームフォーミングベクトルが生成され、
   前記第１事前コーディング行列は、前記サービング基地局への伝送電力を最大にする事前コーディング行列であり、前記第２事前コーディング行列は、隣接基地局への干渉を最小にする事前コーディング行列である、
   ビームフォーミングベクトル生成情報提供方法。
7. 前記隣接基地局から前記第２事前コーディング行列に対する情報を受信する段階をさらに含む、
   請求項６に記載のビームフォーミングベクトル生成情報提供方法。
8. 前記第１事前コーディング行列は、コードブックに含まれている複数の事前コーディング行列のうちで、前記端末と前記サービング基地局との間のチャンネル行列の積のノルム（ｎｏｒｍ）が最大になる行列である、
   請求項６に記載のビームフォーミングベクトル生成情報提供方法。
9. 前記第２事前コーディング行列は、コードブックに含まれている複数の事前コーディング行列のうちで、前記端末と前記隣接基地局との間のチャンネル行列の積のノルム（ｎｏｒｍ）が最小になる行列である、
   請求項６に記載のビームフォーミングベクトル生成情報提供方法。
10. 前記第１事前コーディング行列に対する情報および前記第２事前コーディング行列に対する情報はそれぞれ、
    複数の事前コーディング行列を含むコードブックで前記第１事前コーディング行列のインデックスおよび前記第２事前コーディング行列のインデックスである、
    請求項６に記載のビームフォーミングベクトル生成情報提供方法。
11. 端末がビームフォーミングベクトルを生成する方法において、
    サービング基地局から第１事前コーディング行列のインデックスおよび第２事前コーディング行列のインデックスを受信する段階；および
    前記第１事前コーディング行列および前記第２事前コーディング行列を結合してビームフォーミングベクトルを生成する段階を含み、
    前記第１事前コーディング行列のインデクスは
    

    

    を最大にするｉであり、
    前記第２事前コーディング行列のインデクスは
    

    

    を最小にするｉであり、
    前記Ｈ_Ｓは前記端末と前記サービング基地局との間のチャンネルであり、前記Ｈ_Ｉは前記端末と隣接基地局との間のチャンネルであり、
    前記Ｗ_ｉは複数の事前コーディング行列を含むコードブックでインデックスがｉである事前コーディング行列である、
    ビームフォーミングベクトル生成方法。
12. サービング基地局から端末にビームフォーミングベクトル生成情報を提供する方法において、
    前記端末に第１事前コーディング行列に対する情報を伝送する段階；および
    前記端末に第２事前コーディング行列に対する情報を伝送する段階を含み、
    前記第１事前コーディング行列のインデクスは
    

    

    を最大にするｉであり、
    前記第２事前コーディング行列のインデクスは
    

    

    を最小にするｉであり、
    前記Ｈ_Ｓは前記端末と前記サービング基地局との間のチャンネルであり、前記Ｈ_Ｉは前記端末と隣接基地局との間のチャンネルであり、
    前記Ｗ_ｉは複数の事前コーディング行列を含むコードブックでインデックスがｉである事前コーディング行列である、
    ビームフォーミングベクトル生成情報提供方法。
13. 端末がビームフォーミングベクトル生成装置であって、
    サービング基地局から第１事前コーディング行列に対する情報および第２事前コーディング行列に対する情報を受信し、前記第１事前コーディング行列および前記第２事前コーディング行列を結合してビームフォーミングベクトルを生成するビームフォーミングベクトル生成器；および
    入力信号に前記ビームフォーミングベクトルを適用して、複数のアンテナに伝送する信号を生成する乗算器
    を含み、
    前記第１事前コーディング行列は前記サービング基地局への伝送電力を最大にする事前コーディング行列であり、前記第２事前コーディング行列は隣接基地局への干渉を最小にする事前コーディング行列である、
    ビームフォーミングベクトル生成装置。
14. 端末のビームフォーミングベクトル生成装置であって、
    サービング基地局から第１事前コーディング行列のインデックスおよび第２事前コーディング行列のインデックスを受信し、前記第１事前コーディング行列および前記第２事前コーディング行列を結合してビームフォーミングベクトルを生成するビームフォーミングベクトル生成器；および
    入力信号に前記ビームフォーミングベクトルを適用して、複数のアンテナに伝送する信号を生成する乗算器
    を含み、
    前記第１事前コーディング行列のインデクスは
    

    

    を最大にするｉであり、
    前記第２事前コーディング行列のインデクスは
    

    

    を最小にするｉであり、
    前記Ｈ_Ｓは前記端末と前記サービング基地局との間のチャンネルであり、前記Ｈ_Ｉは前記端末と隣接基地局との間のチャンネルであり、
    前記Ｗ_ｉは複数の事前コーディング行列を含むコードブックでインデックスがｉである事前コーディング行列である、
    ビームフォーミングベクトル生成装置。

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