JPH05507835A - 干渉検出と特性化の方法及びその装置 - Google Patents

干渉検出と特性化の方法及びその装置

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JPH05507835A
JPH05507835A JP91516934A JP51693491A JPH05507835A JP H05507835 A JPH05507835 A JP H05507835A JP 91516934 A JP91516934 A JP 91516934A JP 51693491 A JP51693491 A JP 51693491A JP H05507835 A JPH05507835 A JP H05507835A
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スタンフォード・テレコミュニケーションズ・インコーポレーテッド
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 7、 前記符号信号を表示する表示手段を有することを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の干渉検出と特性化システム。
8、 前記電荷結合信号素子手段のタップウェートを調節する手段を有すること を特徴とする請求の範囲第7項に記載の干渉検出と特性化システム。
9、 無線周波数干渉を検出かつ表示する方法にして:妨害信号を有する信号を 生成するために、受信された波形を低周波変換し、復調し、かつ同期化する無線 受信機手段を設け、前記受信された信号を分析して次の信号符号の情報のそれぞ れを検出し1) 振幅、 2) 時間、 3) 周波数、 かつ妨害がない時にその記録を行い、 前記記録を現在の受信された波形信号と比較しかつ1) 振幅、 2) 時間、及びあるいは 3) 周波数、 の所定のレベルより高く検出された変動に従って存在する干渉のタイプをそれぞ れ特性化しかつ前記検出された変動のどれが前記所定のレベルより高いがを示す こと、 を含んでいることを特徴とする方法。
10、 前記検出された変動に間して前記所定のレベルより高い前記符号情報の 表示することを有することを特徴とする請求の範囲第9項に記載の方法。
11、 干渉検出方法にして; 妨害信号を有する信号を生成するために、受信された波形を低周波変換し、復調 し、かつ同期化する無線受信機手段を備え、前記無線受信機手段が1対の位相偏 移信号を生成する電荷結合信号素子手段と、前記位相偏移信号のそれぞれに対し 1つ設けられたアナログ−デジタル変換器を有し、前記アナログ−デジタル変換 器からの各信号を受信するために接続された前記処理装置手段にして、前記信号 処理装置が前記信号を分析して次の信号符号の情報の各1つを検出し 1) 振幅、 2) 時間、 3) 周波数、 かつ妨害の不在時にその記録を行うために適合された前記信号処理装置手段と、 前記記録を現在の受信された波形信号と比較しかつ1) 振幅、 2) 時間、及びあるいは 3) 周波数、 の所定のレベルより高く検出された変動に従って存在する干渉のタイプを特性化 すること、 を含んでいることを特徴とする干渉検出方法。
12、 前記符号情報を表示することを特徴とする請求の範囲第11項に記載の 干渉検出と特性化の方法。
浄書(内容に変更なし) 明細書 干渉検出と特性化の方法及びその装置 発明の背景 最近の通信システム、特に軍隊の通信システムは、多くの故意及び無意識の干渉 源と戦わなければならない。これらの騒乱源と戦う方法の研究により、本発明の 干渉検出と特性化(IDAC)のシステムが開発された。本発明は、コンバクな 最新の技術によって実施することが出来、現存の通信設備へのアドオン装置とし て働く。干渉の存在を迅速に検出しまた特性化の信号符号を分離する能力により 、IDACシステムはそれ自体が、今日まで使用されなかった通信チャンネル監 視能力を備えていることを明らかにした価値ある手段である。
これまでの方法は、本発明に顕似した機能を実行するために使用された。
通信チャンネル監視は、送信周波数帯内の無線周波数特性を観測するスペクトル 分析器の使用により歴史的に行われてきた。これは、スペクトル分析器が信号出 力の単純な大きさの測定を行うので、送信周波数帯の内容に関する程度の低い情 報のみを観測者に提供してきた。このために、所要の信号と比較出来る(または 比較的に強い)出力レベルを有する干渉源だけが観測され、従って非常に基本的 な情報が干渉のタイプとその特性について収集されるに過ぎなかった。微弱な干 渉の場合、これは受信機の停止の損失を起こすことなく、ビット誤り率の低下を 発生し、干渉の出力が所望の出カスベクトル内に埋没するので、スペクトル分析 器は、その存在を検出することが出来ない、従って、スペクトル分析器は、検出 と特性化の処理に限定された支援を行うだけである。
IDACは色々な形で新しいかまたは現存の設備と共に使用することができる、 破損した装置が封印され、所望の信号が使用できない場合、IDACは、それ自 身の受信機の構成要素により組み立てられ、適切な信号の同期化を行うことが出 来る。この方法は、所望のチャンネルを監視するために、共通の中間周波数また は無線周波数の使用と単に必要とするだけである。新しい装置が設置されなけれ ばならないか、あるいは、現存の装置が修正される場合には、IDACのアーキ テクチャはその受信機から使用可能な信号を使用出来、これにより一式のプロセ ッサにIDACを復元することが出来る。次の説明は、IDAC受信機が供給さ れなければならない極端な場合を扱っているが、どちらの場合もこの適用におい て効果的である。
本発明 スペクトル分析器と異なり、本発明のシステムは、所望の信号の復調されたデー タから同期して抽出された振幅、位相、及び周波数分含むデータを処理する。
本発明はこの情報を利用しており、従って受信した信号の内容の評価において数 段感度が良い。
本発明は、受信した波形へ低周波変換し、復調し、同期化する装置自体の受信機 回路を有する。この信号はさらに、所謂信号符号の情報を生成する3つの同時処 理装置によって処理される。このハードウェアが生成したデータは、オペレータ を非標準チャンネル条件の存在へ変更するコンピュータ(あるいは神経回路網ま たはエキスパートシステムを使用)へ送られる。劣化は、おそらく、故意または 無意識の干渉、チャンネルのフェージング、または装置の誤作動によるものであ る。従って、本発明は、干渉検出警報、ビット誤り率の疑似誤り率評価器、チャ ンネル品質評価(妨害物の影響を含む)、干渉波形の特性またはタイプ、及び推 薦されたオペレータ対策を備えている。
本発明の干渉検出と特性化システムは、今日まで決して開発されなかった豊富な 情報を提供する。次のことは、本発明のシステムにより具備された、新規にして 斬新的な特徴である。
1、微弱にして激しい力の妨害物の干渉検出と特性化、振幅、時間及び周波数の 基本的信号の変数を使用して、本発明の干渉検出と特性化システムは、検出され ることなく変更する物理的変数を妨害物に与えずに、妨害物を閉じ込めることが 出来る。本発明により開発された、これらの物理的変数を監視する測定基準を賢 明に使用することにより、本発明は、存在する干渉のタイプを特性化することが 出来る。
2、干渉が完全に特性化されると、干渉の緩和はいくつかの妨害物のタイプにつ いて可能である。これを行うことにより、干渉の影響は除去され、低下されてい ない形と等価の信号が復元される。
図面の簡単な説明 本発明の上記及び他の目的、利点と特徴は、付属図面により考察し、発明を具体 化している本発明の詳細な説明からさらに明らかになるであろう。
図1は、発明の非侵害的構成を示す受信機システムの概要構成図である。
図2は、本発明を取り入れたIDACシステムの詳細な機能説明図である。
図3a、b、c、cl、e及びfは、本発明を示す、妨害のない信号符号の図で ある。
図4a、J c、d、e及びfは、本発明を示す、妨害のある(チャンネルの微 弱トーンの妨害)信号符号の図である。
図5aと5bは、検出測定基準対時間の数組のプロットであり、検出時間の線を 示す。
図6a、b、c及びdは、検出測定基準にもとすく妨害物特性化の説明図である 。
図7は、ハードウェア・モジュールが閉じたループ構成で編成されている形態を 示す図である。
発明の詳細な説明 図1に示された構成図に関して、アンテナ10、無線周波数部分11及び中間周 波数部分12は、現存の受信機13の一部であり、受信機13は、非同期AGC 回路14、以降層に、復調器15、ビット同期/検出器16及び復号器17を含 んでおり、通信データ信号を出力18に発生する1本発明のこの実施例において 、この装置は、共通のアンテナ10、無線周波数部分11及び中間周波数部分1 2を利用しているが、システムはそれ自身のアンテナと別個のフロンとエンドと を備えることが出来る。IDACシステムは、受信した波形を低周波変換し、復 調し、同期化する受信機フロントエンド処理装置1つを有する。
フロントエンド処理装置1つからの信号は、さらに、3つの同時信号プロセッサ 20.21及び22により処理され、これらは、受信した波形から同期して抽出 されまた信号符号情報を構成する振幅、位相及び周波数を含んでいるデータを生 成する。出力の振・福情報、位相情報及び周波数情報は、コンピュータ25(あ るいは神経回路網またはエキスパートシステムを使用)へ送られ、コンピュータ 25は、人間−機械インターフェースを備えており、非標準チャンネル条件へオ バレータ26を変更する。劣化は、おそらく、故意または無意諏の干渉、チャン ネルのフェージング、または装置の誤作動によるものである。従って、本発明は 、干渉の検出を表示する警報、チャンネル品質評価(妨害物の影響を含む)、干 渉波形の特性またはタイプ、及び推薦されたオペレータ対策を備えている。エキ スパートシステムは、検出と特性化に使用するために、妨害物の波形のデータベ ースを生成して活用することが出来る。
BPSK信号に関するIDAC信号処理のさらに詳細な構成図が図2に提示され ている。このシステムの特徴は、2重チャンネル・プログラマブル コンボルバ −(PCV)30であり、これは、好適な実施例にあり、単一の電荷結合素子( CCD)チップにより構成されている。pcvからの信号は連続した処理にない しすべて基準を与え、CCDは、固有の可撓性を有するので、好適であり、すべ ての濾過法を使用することができる。
図2から分かるように、フロントエンド・アロセッサ19からの受信したBPS K信号は、自動利得制御(AGC)31により処理され、IとQのチャンネルの 基本周波数帯へミキサー32と33とによりそれぞれ混合される。これらの信号 は、入力として2重チャンネル プログラマブル分解器30へ送られ、分解器3 0は関連のデータ転送速度でプログラマブル・データの整合した濾過を実行する ことが出来る。プログラマブルCCD検出器システム30にたいするタップウェ ートは、装置30TWにより送られるか、またはマイクロプロセッサから送るこ とが出来る。
プログラマブルCCD検出器すなわち分解器30は、“I”を出力し、“Q”は アナログ−デジタルA/D変換器34と35によりデジタル化され、デジタル化 された出力は、3つの個別のアルゴリズム、すなわち1)スペクトル特性化回路 38におけるスペクトル特性化、2)回路42における時間線の相関関係、及び 3)振幅分析回路3つにおけるソフト−デシジョン・ヒストグラムに関する各ア ルゴリズムにより処理される。これらの3つのアルゴリズムは同時に動作する。
これらの3つのアルゴリズムは符号を生成し、各符号は受信した信号特性の特有 の感度の良い翻訳を提供する。符号は各チャンネルないするFFT (高速フー リエ変換)から成っており、これらは、PCV出力からのスペクトル特性化、時 間−線の相互関係及び振幅ヒストグラムを行う。この情報は、コンピュータ41 へ手渡されると、本発明による高速干渉検出と特性化の基準となる。また、図2 には、独立した動作を行うために設定されている(たとえば、現存の通信装置内 の信号タップポイントは必要とされない)位相追跡装置36による内部キャリヤ 追跡及び信号シンクロナイザ37による記号同期化機能が示されている。あるい は、タップポイントと受信した記号クロックが現存の通信装置において使用可能 であるならば、それらを使用して、別個の復調/′ビット同期回路を無くするこ とが出来る。スペクトル特性化モジュール38に関して、デジタル化されたIと Qの信号は、38SDSにおいて格納されてサンプル抽出され、高速フーリエ変 換が各チャンネル(■とQ)において行われ、その出力は累算器38AIと38 AQにおいて算出される。時間−線相関関係に関し、デジタル化された■とQの 信号は、39MDIと39MDQとにおいて計算されたそれらの振幅の大きさを 有しており、累算器38AIと38AQにおいて累算される。同様に、信号位相 またはタイミング変動は、40HIと40HQとにおいて検出され、累算器40 A工と40AQにおいて累算される。これらの累算器の出力は、マイクロプロセ ッサ41へ送られる。以降に説明する変形において、マイクロプロセッサは、ス ペクトル、振幅、位相及び周波数の変動検出の機能を行うため、それ自身がプロ グ本発明により信号処理により生成した干渉検出と特性化の符号は、図3と4に 示されている。各図は、左側に■チャンネルの情報(図3a、3b、3c及び図 4a、4b、4c)と、右側にQチャンネルの情報(図3d、3e、3f及び図 4a、4e、4f)とから成っている。次に、3つの符号のそれぞれは、上下の グループとして表示される。上段列(図3a、3b及び4a、4b)は受信され た出力対周波数を表わすスペクトル符号を示す。中段列(図3b、3e及び4b 、4e)は相関関係関数対偏差時間である。下段列(図3c、3f及び4b、4 f)は発生対振幅のヒストグラム符号である。これらの3つの符号は、本発明の 検出/特性化の過程において基本的な役割を演する。
図3において、符号は、干渉がなく、E、/ N、= 10 d Bにおいて人 力BPSKに対し発生する。これらの符号は、”標準”または“期待された”チ ャンネル条件を説明している。これらの標準的応答から離れた顕著な変動は、干 渉の存在を示し、特定の変動により、特定の干渉のタイプが捜し出される。特に 留意すべきことは、スペクトル符号が滑らかな5inc20−ルオフを呈し、三 角形相関関係関数のヒストグラムがガウスのつり鐘形曲線を示していることであ る。
微弱トーンの妨害物がチャンネルに現れると、図4a〜fの符号が生成する。
この場合、この妨害物は所望の信号より低い出力レベル6dBを有し、周波数は 所望のキャリアと殆ど一致する。著しい変化が図4a〜fにみられる。スペクト ル符号は、第一周波数区分くキャリア周波数において)にかなりの出力増加を示 し、ヒストグラムは平坦な特性を示す。これらの変化は、本発明と変更されたオ パレータにより認識することが出来る。エキスパートシステムは、望ならば、妨 害物のタイプ、周波数及び出力レベルを推論することが出来る。
数百のデータ記号だけの期間に等しい処理時間が、信頼出来る符号データを累算 するために必要である。迅速な妨害物検出は本発明の能力と特徴である。急速な 妨害物の存在に対する時間応答が、検出基準対時間のプロット図である図5aと 5bのシュミレートされたデータに見られる。各測定基準は、受信された符号と “標準”対象物との閏の測定された差である。妨害物は、示された2つのケース のそれぞれに対し上下の点線により示されているように、約3.5秒でチャンネ ルに導入されている。ケース1(図5a)では、データ・エミュレータ妨害物( ランダムBPSK源)がチャンネルに現れ、迅速に検出される。すべての測定基 準がしきい値を超えるときに(棒チャートの黒く塗られた部分)、検出が行われ る。この場合、ヒストグラムと特に相関関係関数の測定基準が検出を引き受ける ことに注目されたい、ケース2(図5b)において、トーン妨害物は、3.5秒 でチャンネルに導入され、これも急速に検出される。この場合、ヒストグラムと スペクトルとの測定基準は最も影響を受ける。いずれのケースでも、本発明によ る妨害物の検出は、2秒以下を必要とするが、大きいかtなは小さい検出時間も 可能である。
予備的妨害物の特定化が、各測定基準の歪み度を固有の妨害物タイプへマツピン グすることにより達成される1図6a、b、c及びdに見られるように、増大し た歪みが次第に傾斜した矢印として示されている。この結果として妨害物タイプ への唯一のマツピングが発生する。さらに他の特性化手順がエキスパートシステ ムまたは神経回路網により行われるならば、図の下部にある他の情報が各妨害物 タイプについて推論される。
信号発生とチャンネルエミュレーションの能力(図7)は、信号をラボラトリテ ストに送るために必要である。それらは各種の干渉を模倣するための能力を有す る。すなわち、広範囲な妨害物対信号と信号対ノイズの比にわたり、トーン、パ ルストーン及びデータ・エミュレータ妨害物を発生する能力である。モデルは、 埋め込まれた基本周波数帯域情報を適切に復元するために、信号発生器により生 成された複合中間周波数でキャリアと記号の追跡動作を行う。干渉を検出し特性 化するために本発明により必要とされる3つの信号処理モジュール(相関関係、 スペクトル及びヒストグラム)は、モデル内にあって、上記の明細化された符号 を抽出する。
本発明に採用されているシステムアーキテクチャは、分散信号処理を使用してい る1本システムは、ハードウェアとソフトウェアのいずれに対してもモジューラ 設計法を使用している。シュミレートされた妨害によるハードウェア実施の3つ の基本機能は、さらに特定のタスクをシステム内で行うモジュールへ分割されて いる。これらのモジュールは、11.5″×14″のカードに記録するために、 グループ化することが出来る。図7はモジュールが構成された形態を示す。点線 で囲まれたモジュールは、受信機回路と各種の干渉または妨害をエミュレートし ている。
振幅のヒストグラム情報のデータ処理による正確なビット誤り率(BER)評価 は、可能である。この手法は連続した受信記号に関するこれまでの情報を知る必 要性を排除し、正確なりER評価が送信側では配置されない場所で行われること を可能にしている。
干渉検出と特性化は、受信機開発試験器として、過去に従来の試験装置によって は容易に観察されなかった多くの設計欠陥を検出することにより、受信機の性能 に独自の洞察を与える。本発明によって容易に検出された欠陥には、データ・ス ペクトル範囲内の望ましくない高調波のスパー(spur)、追跡ループのずれ 、電圧偏差、利得と位相の不平衡、データの不均整がある。
ここに開示された実施例は、3つの測定基準(振幅、時間及び周波数)のそれぞ れに対して離散論理から作成された特注設計を採用している。異なる方法が、大 きさと電力消費を低減するためゲートアレイまたはASICの使用を採用するこ とも出来ることは明らかである。マイクロプロセッサの速度が増大するにしたが って、さらに魅力的になる他の方法は、A/Dデータを格納するため、高速メモ リバンクの使用を必要としている。格納処理を計時する追跡ループクロックを使 用して、メモリバンクは適切なA/D出力を収集することが出来る。バンクが一 杯になると、マイクロプロセッサは、個別化された測定基準処理装置と同様にソ フトウェア制御によりデータを操作するために使用される。この方法は、さらに システム資源条件を低減し、特定の適用に対しシステムの注文制作を容易にする 。
特定のユーザーの要求を満足するために使用される本発明の他の面には、本発明 の追跡ループの使用よりむしろユーザーの受信機から直接にA/Dデータを使用 することがある。これは、ユーザーにその受信機の性能への洞察を与え、また受 信機のチャンネル上の干渉を検出し特性化する。その外に、本発明のシステムは 、多重チャンネルを同時に監視し、時間分割の多重オペレーションを操作するこ とに拡張することが出来る。最後に、この開示はPSK変調を意図しているが、 本発明の基本原理は、多くの他の信号構造と変調タイプに直接に適用可能であり 、システムのアーキテクチャは、それらに適合するために変更することが出来る 。
本発明の好適な実施例及びこれに関連したいくつかの変形と他の実施例を開示し たが、多くの他の実施例と変形が、本技術分野の習熟者に理解され、本発明の精 神と範囲内にあることは、明らかであろう。
仝、 〜 干渉の始まり ■■■■■ 検出された干渉FIG+U日E 5A 干渉の始まり ■■■■■ 検出された干渉FIGUR65B ンネルのスキャニングなどの目的にも使用し得、また、実験テスロ装置として受 信機の開発や性能の検証などに用いることも出来る。
補正書の翻訳文提出書 (特許法第184条の7第1項) 平成 4年12月 7日−

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.干渉検出システムにして; 妨害信号を有する信号を生成するために、受信された波形を低周波変換し、復調 し、かつ同期化する受信機手段と、 前記受信機手段からの信号を受信するために接続された複数の信号処理装置手段 にして、前記信号処理装置のそれぞれが前記信号を分析して次の信号符号の情報 の各1つを検出し 1)振幅、 2)時間、 3)周波数、 かつ妨害のない時にその記録を行うために適合された前記信号処理装置手段と、 前記信号処理装置手段のそれぞれへ接続し、前記記録を現在の受信された波形信 号と比較しかつ 1)振幅、 2)時間、及びあるいは 3)周波数、 の検出された変動に従って存在する干渉のタイプを特性化するために適合された マイクロプロセッサ手段と、 を含んでいることを特徴とする干渉検出システム。
  2. 2.前記受信機手段が電荷結合素子または比較可能なチップ整合フィルタを有す ることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の干渉検出と特性化システム。
  3. 3.前記符号信号を表示する表示手段を有することを特徴とする請求の範囲第2 項に記載の干渉検出と特性化システム。
  4. 4.前記電荷結合素子チップ整合フィルタのタップウェートを調節する手段を有 することを特徴とする請求の範囲第2項に記載の干渉検出と特性化システム。
  5. 5.干渉検出システムにして; 妨害信号を有する信号を生成するために、受信された波形を低周波変換し、復調 し、かつ同期化する無線受信機手段にして、1対の位相偏移信号を生成する電荷 結合素子手段と、前記位相偏移信号のそれぞれに対し1つ設けられたアナログー デジタル変換器とを有する前記無線受信機手段と、前記アナログーデジタル変換 器からの各信号を受信するために接続した信号処理装置手段にして、前記信号処 理装置が前記信号を分析して次の信号符号の情報の各1つを検出し 1)振幅、 2)時間、 3)周波数、 かつ妨害のない時にその記録を行うために適合された前記信号処理装置手段と、 前記信号処理装置手段へ接続され、前記記録を現在の受信された波形信号と比較 しかつ 1)振幅、 2)時間、及びあるいは 3)周波数、 の所定のレベルより高く検出された変動に従って存在する干渉のタイプを特性化 するために適合された手段と、 を含んでいることを特徴とする干渉検出システム。
  6. 6.前記アナログーデジクル変換器のそれぞれからデータを格納するための手段 を有し、前記信号処理装置手段が前記信号を分析するためにプログラムされたマ イクロプロセッサかち成っていることを特徴とする請求の範囲第3項に記載の発 明。
  7. 7.前記符号信号を表示する表示手段を有することを特徴とする請求の範囲第5 項に記載の干渉検出と特性化システム。
  8. 8.前記電荷結合信号素子手段のタップウェートを調節する手段を有することを 特徴とする請求の範囲第7項に記載の干渉検出と特性化システム。
  9. 9.無線周波数干渉を検出かつ表示する方法にして;妨害信号を有する信号を生 成するために、受信された波形を低周波変換し、復調し、かつ同期化する無線受 信機手段を設け、前記受信された信号を分析して次の信号符号の情報のそれぞれ を検出し1)振幅、 2)時間、 3)周波数、 かつ妨害がない時にその記録を行い、 前記記録を現在の受信された波形信号と比較しかつ1)振幅、 2)時間、及びあるいは 3)周波数、 の所定のレベルより高く検出された変動に従って存在する干渉のタイプをそれぞ れ特性化しかつ前記検出された変動のどれが前記所定のレベルより高いかを示す こと、 を含んでいることを特徴とする方法。
  10. 10.前記検出された変動に関して前記所定のレベルより高い前記符号情報の表 示することを有することを特徴とする請求の範囲第9項に記載の方法。
  11. 11.干渉検出方法にして; 妨害信号を有する信号を生成するために、受信された波形を低周波変換し、復調 し、かつ同期化する無線受信機手段を備え、前記無線受信機手段が1対の位相偏 移信号を生成する電荷結合信号素子手段と、前記位相偏移信号のそれぞれに対し 1つ設けられたアナログーデジタル変換器を有し、前記アナログーデジタル変換 器からの各信号を受信するために接続された前記処理装置手段にして、前記信号 処理装置が前記信号を分析して次の信号符号の情報の各1つを検出し 1)振幅、 2)時間、 3)周波数、 かつ妨害の不在時にその記録を行うために適合された前記信号処理装置手段と、 前記記録を現在の受信された波形信号と比較しかつ1)振幅、 2)時間、及びあるいは 3)周波数、 の所定のレベルより高く検出された変動に従って存在する干渉のタイプを特性化 すること、 を含んでいることを特徴とする干渉検出方法。
  12. 12.前記符号情報を表示することを特徴とする請求の範囲第11項に記載の干 渉検出と特性化の方法。
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